KR101612885B1 - Methods for Detection Methylation on Promoter and Methods for Detection and Tracking Epigenetics Alterations by DNA methylation Using Nanoplasmonic Biosensor - Google Patents
Methods for Detection Methylation on Promoter and Methods for Detection and Tracking Epigenetics Alterations by DNA methylation Using Nanoplasmonic Biosensor Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용한 프로모터 상의 메틸화 검출 방법 및 DNA 메틸화에 의한 후성유전학적 변이의 검지 및 추적방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용하여 프로모터 상의 CpG 부위의 메틸화 유무 검출 및 메틸화 정량 방법뿐만 아니라 CpG 부위 메틸화에 따른 전사인자 입체장애 및 후성유전학적 매개 전사억제를 평가하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용한 프로모터의 메틸화 분석방법은 바이설페이트 처리와 같은 전처리 과정없이 바로 CpG 부위의 메틸화 여부 및 갯수를 측정할 수 있고, p53 프로모터의 메틸화 여부 및 과발현된 MBD2를 동시에 측정할 수 있어, 초기 암 진단에 적용 및 응용할 수 있다. 또한, 프로모터의 메틸화에 따른 전사활성변화를 측정할 수 있으므로, 후성유전학적 매개 변이에 따른 전사활성을 추적 및 평가할 수 있다. The present invention relates to a method for detecting methylation on a promoter using a nanoplasmonic biosensor and a method for detecting and tracking the following genetic mutation by DNA methylation. More particularly, the present invention relates to a method for detecting methylation of a CpG region on a promoter using a nanoplasmonic biosensor As well as a method for evaluating the inhibition of transcription factor steric hindrance and epigenetic mediated transcription due to CpG site methylation, as well as methods for the detection and methylation of CpG.
The methylation analysis method of the promoter using the nanoplasmonic biosensor of the present invention can measure the methylation status and the number of the CpG site immediately without pretreatment such as bisulfate treatment and simultaneously measure the methylation status of the p53 promoter and the overexpressed MBD2 And can be applied and applied to early cancer diagnosis. In addition, since the transcriptional activity change due to the methylation of the promoter can be measured, the transcriptional activity according to the epigenetic mediator can be tracked and evaluated.
Description
본 발명은 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용한 프로모터 상의 메틸화 검출 방법 및 DNA 메틸화에 의한 후성유전학적 변이의 검지 및 추적방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용하여 프로모터 상의 CpG 부위의 메틸화 유무 검출 및 메틸화 정량 방법뿐만 아니라 CpG 부위 메틸화에 따른 전사인자 입체장애 및 후성유전학적 매개 전사억제를 평가하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for detecting methylation on a promoter using a nanoplasmonic biosensor and a method for detecting and tracking the following genetic mutation by DNA methylation. More particularly, the present invention relates to a method for detecting methylation of a CpG region on a promoter using a nanoplasmonic biosensor As well as a method for evaluating the inhibition of transcription factor steric hindrance and epigenetic mediated transcription due to CpG site methylation, as well as methods for the detection and methylation of CpG.
수많은 질병들이 유전자 이상에 의하여 발생하고, 유전자 이상의 가장 빈번한 형태가 유전자 코드 서열의 변화이다. 이러한 유전자 변화를 돌연변이라고 한다. 어떠한 유전자에 돌연변이가 있으면, 상기 유전자에 의하여 코딩되는 단백질의 구조 및 기능이 변화하고, 이상 및 절단이 발생하며, 이러한 변이된 단백질은 질병을 일으킨다. 그러나, 특정 유전자에 변이가 없어도, 상기 유전자의 발현에 이상이 생겨 병을 유발할 수 있다.Numerous diseases are caused by gene abnormalities, and the most frequent form of the gene is a change in the genetic code sequence. These gene changes are called mutations. When a mutation is present in a gene, the structure and function of the protein encoded by the gene change, an abnormality and cleavage occur, and the mutated protein causes disease. However, even if there is no mutation in a specific gene, an abnormality may occur in expression of the gene, which may cause disease.
전형적인 예가 유전자 전사조절부위, 예를 들면, CpG 섬의 사이토신 염기 부위에 메틸 그룹이 부착되는 메틸화이다. 이를 후생유전학적(epigenetic) 변화라고 하며, 돌연변이와 비슷한 방식으로 자손 세포에 전이되고, 예를 들면, 대응하는 단백질의 발현이 소실되는 것과 같은 동일한 효과를 나타낸다. 암 세포의 경우, 종양 억제 유전자의 발현이 프로모터 CpG 섬의 메틸화에 의하여 억제되고, 이러한 억제된 발현은 암을 유발하는 중요한 메카니즘의 하나로 인식되고 있다 (Robertson, K. and Jones, P., Carcinogen, 21, 461, 2000). 실제로 전립선암, 결장암, 자궁암, 유방암 등 다양한 암 세포에서 CpG 섬에서의 비정상적인 메틸화/탈메틸화가 보고되었으며, 이들이 암 형성 초기에 중요한 역할을 하고 있다는 점이 밝혀지고 있어서 DNA 메틸화 경향이 유력한 암 조기진단의 마커로서 주목받고 있다. A typical example is methylation in which a methyl group is attached to a cytosine base site in a gene transcription regulatory region, for example, a CpG island. This is referred to as epigenetic change, and it exhibits the same effect as transition to progeny cells in a manner similar to mutation, for example, loss of expression of the corresponding protein. In the case of cancer cells, the expression of the tumor suppressor gene is inhibited by the methylation of the promoter CpG island, and this suppressed expression is recognized as one of the important mechanisms causing cancer (Robertson, K. and Jones, P., Carcinogen, 21, 461, 2000). In fact, abnormal methylation / demethylation of CpG islands has been reported in various cancer cells such as prostate cancer, colon cancer, uterine cancer and breast cancer, and it has been shown that they play an important role in the early stage of cancer development. It is attracting attention as a marker.
따라서, 종양관련 유전자의 프로모터 메틸화가 암의 중요한 지표이며, 이는 암의 진단 및 조기진단, 발암 위험의 예측, 암의 예후 예측, 치료 후 추적조사, 항암요법에 대한 반응 예측 등 다방면으로 이용될 수 있다. 이를 메틸화 특이 PCR(이하 MSP라고 함)이나 자동염기분석 등의 방법으로 검사하여 암의 진단과 스크리닝 등에 이용하려는 시도가 최근 활발하게 이루어지고 있으며 실제 혈액이나 객담, 침, 대변, 소변 등에서 종양 관련 유전자의 프로모터 메틸화를 조사하여 각종 암 진료에 사용하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있다 (Esteller, M. et al ., Cancer Res ., 59:67, 1999; Sanchez-Cespedez, M. et al ., Cancer Res ., 60:892, 2000; Ahlquist, D.A. et al ., Gastroenterol .,119:1219, 2000).Thus, the promoter methylation of tumor-associated genes is an important indicator of cancer, which can be used in many ways, including diagnosis and early diagnosis of cancer, prediction of carcinogenesis risk, prediction of cancer prognosis, have. Recently, an attempt has been made to use the methylation specific PCR (hereinafter referred to as MSP) or an automatic base analysis method for the diagnosis and screening of cancer. Recently, there has been a vigorous research in the field of blood, sputum, saliva, stool, (M. Estet, M. et < RTI ID = 0.0 > t < / RTI > al ., Cancer Res ., 59: 67,1999; Sanchez-Cespedez, M. et al ., Cancer Res ., 60: 892,2000; Ahlquist, da et al ., Gastroenterol . , 119: 1219,2000).
특히, 종양 억제 유전자로 알려진 p53의 프로모터는 TATA box 및 CpG 섬(CpG island)를 제외하고, 전사시작 위치 및 네 곳의 전사인자(transcription factor; TF) 결합부분(AP1, NF-kB, YY1, c-Myc)을 포함하는 213bp의 기본적 프로모터 활성 부위에 낮은 밀도로 CpG 서열이 포함되어 있다 (A. Ventura, et al ., Nature., 445:661, 2007; C. C. Harris and M. Hollstein, N Engl J Med.,329:1318, 1993). 상기 낮은 밀도로 존재하는 CpG 부위가 불규칙적으로 메틸화되면(methylated CpG; mCpG) MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2)가 결합하여 전사억제를 유발하게 된다 (W. Dai et al ., Clin Cancer Res, 15:5788, 2013; A. Chatagnon, et al ., Epigenetic, 11:1295, 2011). 전사조절 레벨에서 최소변이 조절지역의 메틸화는 p53 유전자의 전사를 불활성화시키는데 중요한 기능을 수행하며, MBD2는 중요한 전사억제인자 및 잠재적 종양 바이오마커로, 생체내 및 생체 외에서 CpG 주변에 인접한 A/T서열에 관계없이 p53 프로모터(dsp53) 상의 단일 mCpG 또는 모든 mCpG 부분에 효율적으로 결합하고, MBD2가 결합함에 따라, 입체장애가 발생하여 전사가 억제되는 것으로 알려져 있다 (Y.M Omar et al ., Mol Cancer Res, 9:1152, 2011; E. Ballestar et al ., The EMBO J.. 23: 6335, 2003). 또한, 실제 샘플 내에서 메틸화된 p53 프로모터(mdsp53) 및 과발현된 MBD2가 모두 존재하면, 종양 형성 시작과 관련된 생물학적 현상이 관찰되므로, p53 프로모터 및 MBD2 둘 다 바이오마커로 진단테스트에 적용이 가능하다. In particular, the promoter of p53, which is known as a tumor suppressor gene, has a transcription factor (TF) binding site (AP1, NF-kB, YY1, c-Myc), which contains a low density of CpG sequences (A. Ventura, meat al ., Nature , 445: 661, 2007; CC Harris and M. Hollstein, N Engl J Med ., 329: 1318, 1993). When the CpG site at the low density is irregularly methylated (methylated CpG; mCpG), MBD2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) binds to induce transcriptional repression (W. Dai et al ., Clin Cancer Res. , 15: 5788, 2013; A. Chatagnon, et al ., Epigenetic , 11: 1295, 2011). At the transcriptional regulatory level, minimal mutation regulatory methylation plays an important role in inactivating the transcription of the p53 gene, MBD2 is an important transcription repressor and a potential tumor biomarker, and A / T adjacent to CpG in vivo and ex vivo Regardless of the sequence, it is known that efficient binding to a single mCpG or all mCpG moieties on the p53 promoter (dsp53) and binding of MBD2 results in steric hindrance and inhibition of transcription (YM Omar et < RTI ID = 0.0 > al ., Mol Cancer Res , 9: 1152, 2011; E. Ballestar et al ., The EMBO J. 23: 6335, 2003). In addition, if both the methylated p53 promoter (mdsp53) and overexpressed MBD2 are present in the actual sample, the biological phenomenon associated with the onset of tumorigenesis is observed, so that both the p53 promoter and MBD2 can be applied to the diagnostic test with the biomarker.
하지만, 최근의 메틸화 검출 방법의 진보에도 불구하고 샘플 내에서 메틸화된 p53 프로모터 및 MBD2를 동시에 검출할 수 있으며, MBD2에 의한 전사인자의 입체 장애 관찰 및 후성유전학적 매개 전사억제의 추적 또는 평가할 수 있는 다중 검출 플랫폼의 개발이 요구되고 있는 실정이다. However, despite the recent advances in methylation detection methods, it is possible to simultaneously detect the methylated p53 promoter and MBD2 in a sample, to observe the steric hindrance of the transcription factor by MBD2, and to track or evaluate the suppression of epigenetic mediated transcription Development of multi-detection platform is required.
한편, 최근 바이오센서의 기술은 표지물질을 사용하지 않는 비표지 측정기술 개발에 초점이 맞추어져 있으며, 대표적으로는 금속 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 방법(R. Q. DUAN et al ., Neoplasma , 59(3):348, 2012; Wei Zhou et al ., International Journal of Nanomedicine , 6:381, 2011), 3차원 미세 구조물인 캔틸버러의 휨 현상에 의한 빛의 굴절률 변화를 측정하는 방법(Balle, MK. et al ., Ultramicroscopy, 82;1, 2000), 생체분자의 질량 변화에 따른 수정 크리스탈의 공명주파수 변화를 측정하는 방법(Marx, KA., Biomacromolecules, 4;1099, 2003), 반도체 공정에 기반을 둔 전기장 효과를 측정하는 방법(Yuqing, M. et al ., Biotechnol . Adv ., 21;527, 2003) 및 전기화학적 측정 방법(Hanahan, G. et al ., J. Environ . Monit ., 6; 657, 2004; Sang Hee Han et al., Analytica Chimica Acta , 665:79, 2010) 등이 있다. Recently, biosensor technology has focused on the development of non-labeling measurement technology that does not use labeling material. Typically, the method using surface plasmon resonance (RQ DUAN et al ., Neoplasma , 59 (3): 348, 2012; Wei Zhou meat al ., International Journal of Nanomedicine , 6: 381, 2011), a method for measuring the refractive index change of light due to the bending phenomenon of a three-dimensional microstructure, cantilever (Balle, MK. Et al, Ultramicroscopy, 82;. 1 , 2000), method of measuring the modified crystal resonant frequency change in accordance with the mass change of the biomolecule (Marx, KA, Biomacromolecules, 4 ;. 1099, 2003), based on the semiconductor process How to measure the electric field effect (Yuqing, M. et al ., Biotechnol . Adv . , 21; 527, 2003) and an electrochemical measurement method (Hanahan, G. et al . , J. Environ . Monit . , 6; 657, 2004; Sang Hee Han et al., Analytica Chimica Acta , 665: 79, 2010).
그 중 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance: LSPR) 방법은 복잡한 사전 정제 및 표지화 공정 없이 정량적으로 반응을 감지할 수 있기 때문에, 표면에 고정된 생체분자 사이의 상호작용에 관한 많은 연구에서 다양하게 사용되어 왔다. LSPR 방법은 금속 나노입자와 같이 국소적인 표면이 존재하는 재료에 다양한 파장을 갖는 빛을 조사하면 벌크 금속과는 달리 금속 나노입자 표면에 분극이 발생하게 되고 전기장의 강도를 중대하는 특이한 성질을 보인다. 이러한 LSPR 광학특성은 나노입자 근처에서 발생하는 유전율(굴절율) 변화에 민감하게 응답한다. 이러한 유전율(굴절율) 변화를 이용하여 생체분자 간의 흡착을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 지난 수십 년 동안 항원/항체, 리간드/수용체, 단백질/단백질 반응 및 DNA 혼성체화를 포함하여 특정 생체 피분석물에 대한 생체재료 농도, 두께 및 결합 반응속도 데이터를 측정하기 위하여 LSPR의 광학특성을 기초로 다양한 생체분자 상호작용 분석이 수행되어 왔다.Since the localized surface plasmon resonance (LSPR) method can quantitatively detect the reaction without complicated pre-purification and labeling processes, many studies on the interaction between biomolecules immobilized on the surface Has been used. In the LSPR method, when light having various wavelengths is irradiated to a material having a localized surface such as metal nanoparticles, polarization is generated on the surface of the metal nanoparticles, unlike bulk metals, and the characteristic of electric field is remarkable. These LSPR optical properties are sensitive to changes in the permittivity (refractive index) near the nanoparticles. This change in dielectric constant (refractive index) can be used to detect adsorption between biomolecules. Over the last decades, the optical properties of LSPR have been based on the biomaterial concentration, thickness, and binding reaction rate data for specific biochemical analytes including antigen / antibody, ligand / receptor, protein / protein reaction and DNA hybridization Various biomolecule interaction analyzes have been performed.
이에, 본 발명에서는 메틸화된 p53 프로모터 및 MBD2를 동시에 검출하고, 후성유전학적 매개 전사억제를 추적할 수 있는 새로운 다중검출 플랫폼을 개발하기 위해 예의 노력한 결과, 금 나노스타(gold nanostar; AuNS) 및 PNA 프로브를 이용하여 제조한 나노플라즈모닉 바이오센서(nanoplasmonic biosensor)를 이용하면, 별도의 라벨 없이 실시간으로 빠르고 정확하게 메틸화된 p53 프로모터 및 MBD2를 동시 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 후성유전학적 매개 전사억제로 인한 전사활성을 측정 할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
Therefore, in the present invention, as a result of intensive efforts to develop a novel multiple detection platform capable of simultaneously detecting the methylated p53 promoter and MBD2 and tracking the suppression of epigenetic mediated transcription, gold nanostar (AuNS) and PNA Using a nanoplasmonic biosensor manufactured using a probe, it is possible to simultaneously and rapidly detect methylated p53 promoter and MBD2 in real time without labeling, It was confirmed that the transcriptional activity can be measured, and the present invention was completed.
본 발명의 목적은 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용하여 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위 검출 및 mCpG 정량 방법을 제공하는데 있다. It is an object of the present invention to provide a method for detecting a methylated CpG region of a target nucleic acid and a method for quantifying mCpG using a nanoplasmonic biosensor.
본 발명은 또한, 프로모터 상의 전사인자 결합 도메인 내의 메틸화 여부 검출 및 프로모터 메틸화에 따른 후성유전학적 매개 전사억제에 따른 전사활성 측정방법을 제공하는데 있다.
The present invention also provides a method for detecting transcription activity by detecting the presence or absence of methylation in the transcription factor binding domain on the promoter and suppressing transcriptional genetic mediated transcription by promoter methylation.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 메틸화된 CpG에 특이적인 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및 (c) 메틸화된 CpG에 특이적인 단백질의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(Δλmax)분석을 통해 표적핵산 CpG 부위 메틸화 여부를 분석하는 단계를 포함하는 표적핵산의 CpG 부위 메틸화 검출방법을 제공한다. (A) a PNA probe hybridizing with the 5 'end or 3' end portion of the target nucleic acid is vertically or horizontally immobilized, or a PNA probe hybridizing with a portion of the target nucleic acid is aligned horizontally Treating the immobilized gold nanostar-based plasmonic sensor with a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex; (b) contacting the complex formed with methylated CpG-specific protein to induce binding to the CpG site of the target nucleic acid; And (c) analyzing the light scattering spectrum resulting from binding of the methylated CpG-specific protein and analyzing whether or not the target nucleic acid CpG region is methylated through the maximum wavelength mobility (? Max) analysis obtained therefrom. A method for detecting methylation of a CpG region.
본 발명은 또한, (a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계;(b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및 (c) 메틸화된 CpG 부위의 MBD2 단백질 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도 분석을 통해 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위 개수를 측정하는 단계를 포함하는 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위 개수 측정방법을 제공한다. (A) a PNA probe hybridizing to the 5'end or 3'end of the target nucleic acid is immobilized vertically or horizontally, or a PNA probe hybridizing to a portion of the target nucleic acid is immobilized horizontally, (B) contacting the formed complex with a MBD2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to contact the starch-based plasmonic sensor with a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex; Gt; CpG < / RTI > site of the target nucleic acid; And (c) measuring the light scattering spectrum due to the MBD2 protein binding of the methylated CpG site and measuring the number of methylated CpG sites of the target nucleic acid through the maximum wavelength mobility analysis obtained therefrom. Lt; RTI ID = 0.0 > CpG < / RTI >
본 발명은 또한, (a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 포함하는 시료를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및 (c) 메틸화된 CpG 부위의 MBD2 단백질 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(Δλmax) 분석을 통해 표적핵산의 CpG 부위 메틸화 여부를 분석하는 단계를 포함하는 표적핵산의 메틸화에 따른 암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법을 제공한다. (A) a PNA probe hybridizing to the 5'end or 3'end of the target nucleic acid is immobilized vertically or horizontally, or a PNA probe hybridizing to a portion of the target nucleic acid is immobilized horizontally, Treating a star-based plasmonic sensor with a sample containing a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex; (b) contacting MBP2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to the complex thus formed to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid; And (c) analyzing the light scattering spectrum according to MBD2 protein binding of the methylated CpG region and analyzing whether the CpG region of the target nucleic acid is methylated through the maximum wavelength mobility (? Max) analysis obtained therefrom. The present invention provides a method for providing information necessary for the diagnosis of cancer caused by methylation.
본 발명은 또한, (a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 전사인자 결합 도메인의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도시킨 후, 전사인자를 첨가하는 단계; 및 (c) 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 프로모터 내의 전사인자 결합 도메인의 CpG 부위 메틸화 여부를 검출하는 단계를 포함하는 프로모터 내의 전사인자 결합 도메인의 CpG 부위 메틸화 검출방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a PNA probe, comprising the steps of: (a) preparing a gold nanostart in which a PNA probe hybridizing with the 5 'terminal or 3' terminal portion of the promoter is fixed vertically or horizontally, or a PNA probe hybridizing with the center portion of the promoter is horizontally fixed Treating a plasmonic sensor based on a promoter to form a gold nanostar-PNA probe-promoter complex; (b) contacting the formed complex with MBD2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to induce binding to the methylated CpG site of the transcription factor binding domain, and then adding a transcription factor; And (c) a step of measuring the light scattering spectrum due to the binding of the transcription factor, and detecting whether the CpG region is methylated in the transcription factor binding domain in the promoter through analysis of the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained therefrom Lt; RTI ID = 0.0 > CpG < / RTI > region of the transcription factor binding domain.
본 발명은 또한, (a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도시킨 다음, RNA 폴리머레이즈 및 전사인자를 처리하는 단계; 및 (c) RNA 폴리머레이즈 및 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 프로모터의 활성을 분석하고, 메틸화되지 않은 프로모터와 비교하여 유전자 전사활성을 분석하는 단계를 포함하는 프로모터의 CpG 부위 메틸화에 따른 전사활성 억제를 측정하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a PNA probe, comprising the steps of: (a) preparing a gold nanostart in which a PNA probe hybridizing with the 5 'terminal or 3' terminal portion of the promoter is fixed vertically or horizontally, or a PNA probe hybridizing with the center portion of the promoter is horizontally fixed Treating a plasmonic sensor based on a promoter to form a gold nanostar-PNA probe-promoter complex; (b) contacting the formed complex with a methylated CpG-binding domain protein 2 (MBD2) protein to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid, and then treating the RNA polymerase and the transcription factor; And (c) analyzing the activity of the promoter by analyzing the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained from the measurement of the light scattering spectrum due to the binding of the RNA polymerase and the transcription factor, and comparing the activity There is provided a method for measuring inhibition of transcriptional activity by methylation of a CpG region of a promoter comprising the step of analyzing transcription activity.
본 발명은 또한, (a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 RNA 폴리머레이즈, MBD2 및 전사인자를 접촉시켜 프로모터의 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; (c) MBD2, RNA 폴리머레이즈 및 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 전사억제인제 및 전사인자 단백질의 경쟁적 상호작용을 모니터링 하는 단계를 포함하는 프로모터 CpG 부위 메틸화에 따른 전사인자 단백질의 경쟁적 상호작용을 모니터링하는 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for producing a PNA probe, comprising the steps of: (a) preparing a gold nanostart in which a PNA probe hybridizing with the 5 'terminal or 3' terminal portion of the promoter is fixed vertically or horizontally, or a PNA probe hybridizing with the center portion of the promoter is horizontally fixed Treating a plasmonic sensor based on a promoter to form a gold nanostar-PNA probe-promoter complex; (b) contacting the formed complex with RNA polymerase, MBD2 and a transcription factor to induce binding to the CpG region of the promoter; (c) The light scattering spectrum according to the binding of MBD2, RNA polymerase and transcription factor is measured, and the competitive interaction of the transcription inhibitor and the transcription factor protein is monitored through analysis of the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained therefrom A method for monitoring the competitive interaction of a transcription factor protein with methylation of a promoter CpG region comprising the steps of:
본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용한 프로모터의 메틸화 분석방법은 바이설페이트 처리와 같은 전처리 과정없이 바로 CpG 부위의 메틸화 여부 및 갯수를 측정할 수 있고, p53 프로모터의 메틸화 여부 및 과발현된 MBD2를 동시에 측정할 수 있어, 초기 암 진단에 적용 및 응용할 수 있다. 또한, 프로모터의 메틸화에 따른 전사활성변화를 측정할 수 있으므로, 후성유전학적 매개 변이에 따른 전사활성을 추적 및 평가할 수 있다. The methylation analysis method of the promoter using the nanoplasmonic biosensor of the present invention can measure the methylation status and the number of the CpG site immediately without pretreatment such as bisulfate treatment and simultaneously measure the methylation status of the p53 promoter and the overexpressed MBD2 And can be applied and applied to early cancer diagnosis. In addition, since the transcriptional activity change due to the methylation of the promoter can be measured, the transcriptional activity according to the epigenetic mediator can be tracked and evaluated.
도 1은 본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용한 다중 타켓 검출에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명에서 제조한 금 나노스타의 UV/VIS 패터(A) 및 크기 및 모양(B)을 나타낸 데이타이다.
도 3은 pH에 따른 PNA 프로브와 p53 프로모터의 pH에 따른 혼성화 정도를 나타낸 데이타이다.
도 4는 본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서의 PNA 프로브 특이성 및 MBD2 단백질의 mCpG 결합 능력을 나타낸 데이타이다.
도 5는 PNA 프로브를 금 나노스타 표면에 수직 또는 수평으로 결합했을 때의 모식도를 나타낸 것이다.
도 6은 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 금 나노스타 표면에 고정시켰을 때, 적외선 분광법(FT-IR; A) 및 전기영동(B)으로 혼성화 정도를 관찰한 데이타이다.
도 7은 메틸화된 p53 프로모터 및 MBD2 결합에 따른 파장 이동 정도(A), p53 프로모터 내에 mCpG 수 측정(B), MBD2 처리 농도에 따른 최대 파장 이동(C 및 B)를 나타낸 데이타이다.
도 8은 금 나노스타 주변 플라즈몬 공명 영역의 민감지역에 대한 모식도(A) 및 PNA 프로브 고정의 안정성 증가를 위한 수평결합에 대한 모식도(B)이다.
도 9는 PNA 프로브 수직(A) 또는 수평(B)으로 금 나노스타 표면에 고정시키고, p53 프로모터 내 mCpG 위치를 확인한 데이타이다.
도 10은 HeLa 세포 및 HEK293 세포 핵 추출물에서 총 DNA 메틸화 정도(A) 및 MBD2(B)를 확인한 데이타이다.
도 11은 HeLa 세포(A) 및 HEK293 세포(B)의 p53 프로모터와 양성대조군(mdsp53; C)를 PNA 프로브가 고정된 금 나노스타와 결합시켰을 때의 파장 이동 및 mCpG에 MBD2가 결합했을 때의 파장 이동 정도를 관찰한 데이타이다.
도 12는 HeLa 세포 및 HEK293 세포의 p53 프로모터의 메틸화 유무 및 각 세포의 MBD2를 동시 검출한 결과(A) 및 HeLa 세포 및 HEK293 세포의 p53 프로모터 내의 mCpG 수와 mCpG 수에 따른 최대파장 이동값의 상관관계(B)를 측정한 데이타이다.
도 13은 mCpG에 MBD2의 결합에 따른 전사인자 입체장애를 나타낸 데이타이다.
도 14는 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용하여 전사활성 또는 전사억제를 측정하는 방법에 관한 모식도로, 플라즈몬 비활성 지역(2)에 RNA 중합효소가 p53 프로모터를 따라 금 나노스타 주변인 플라즈몬 민감 지역(1)으로 이동함에 따라 발생하는 스펙트럼 변화를 측정한다.
도 15는 메틸화된 프로모터에 따른 후성유전학적 매개 전사억제를 관찰한 것으로, MBD2를 포함하는 HeLa 세포 핵 추출물을 처리하였을 때(A), MBD2를 처리하지 않았을 때(B)의 최대 파장 이동도를 관찰한 데이타 및 메틸화된 전사인자 바인딩 도메인 p53 프로모터 (mAP-1 dsp53, mNF-kB dsp53, mYY1 dsp53)의 상대적 전사활성(C 및 D)를 측정한 데이타이다.
도 16은 전사개시 이후 MBD2 첨가에 따른 전사 억제 활성을 최대 파장 이동도 분석을 통해 관찰한 데이타이다.
도 17은 각 전사인자 바인딩 도메인의 메틸화에 따른 후성유적학적 매개 전사억제를 관찰한 것으로, MBD2를 처리하였을 때(A), MBD2를 처리하지 않았을 때(B)의 최대 파장 이동도를 관찰한 데이타이다. 1 is a schematic diagram for detecting multiple targets using the nanoplasmonic biosensor of the present invention.
Fig. 2 is a data showing the UV / VIS pattern (A) and the size and shape (B) of the gold nanostar produced in the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the degree of hybridization according to the pH of the PNA probe and the p53 promoter according to pH.
4 is data showing the PNA probe specificity of the nanoplasmonic biosensor of the present invention and mCpG binding ability of MBD2 protein.
FIG. 5 is a schematic view of a PNA probe bonded vertically or horizontally to a gold nanostar surface. FIG.
6 is data obtained by observing the degree of hybridization by infrared spectroscopy (FT-IR; A) and electrophoresis (B) when the PNA probe is immobilized on a gold nanostar surface vertically or horizontally.
FIG. 7 is a graph showing the wavelength shift (A) according to the methylated p53 promoter and MBD2 binding, the mCpG number in the p53 promoter (B), and the maximum wavelength shift (C and B) according to the MBD2 treatment concentration.
8 is a schematic diagram (A) for a sensitive region of the plasmon resonance region around the gold nanostar and a schematic diagram (B) for horizontal coupling for increasing the stability of the PNA probe fixation.
Fig. 9 shows data obtained by fixing the mRNA on the gold nanostar surface with the PNA probe vertical (A) or horizontal (B) and confirming the position of mCpG in the p53 promoter.
FIG. 10 shows the results of confirming total DNA methylation degree (A) and MBD2 (B) in HeLa cells and HEK293 cell nuclear extracts.
Fig. 11 is a graph showing the wavelength shifts when the p53 promoter of the HeLa cell (A) and the HEK293 cell (B) and the positive control group (mdsp53; C) were bound to the gold nanostars immobilized with the PNA probe, and when the MBD2 was bound to mCpG It is the data which observes the degree of wavelength shift.
Fig. 12 shows the results of simultaneous detection of methylation of the p53 promoter of HeLa cells and HEK293 cells, MBD2 of each cell (A) and correlation of the maximum wavelength shift according to the number of mCpG and mCpG in the p53 promoter of HeLa cells and HEK293 cells And the relationship (B).
13 is data showing transcription factor steric hindrance due to binding of MBD2 to mCpG.
14 is a schematic diagram of a method for measuring transcription activity or transcriptional repression using a nanoplasmonic biosensor. In the plasmon-
FIG. 15 shows the inhibition of epigenetic mediated transcription according to the methylated promoter. When the MBD2-containing nuclear extract of HeLa cells was treated with (A) MBD2, the maximum wavelength mobility of (B) (C and D) of the observed data and the methylated transcription factor binding domain p53 promoter (mAP-1 dsp53, mNF-kB dsp53, mYY1 dsp53).
Fig. 16 is a data obtained by observing the transcriptional repression inhibitory activity upon MBD2 addition through the analysis of maximum wavelength mobility after the initiation of transcription.
FIG. 17 shows the inhibition of posterior archaeal mediated transcription by methylation of the respective transcription factor binding domains. It was found that when MBD2 was treated (A) and when MBD2 was not treated (B), the maximum wavelength mobility to be.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.
본 발명은 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용하여 메틸화된 프로모터 및 표적핵산을 검출하는 것으로, 실제 게놈 상의 많은 CpG 부위가 메틸화되기 때문에, 서열을 특이적으로 인식하여 표적핵산 또는 특정 프로모터의 메틸화를 검출하기 위해 PNA 프로브를 금 나노입자에 고정시키는 캡춰프로브(capture probe)로 사용하였다. PNA(Peptide Nucleic Acid)는 N-(2-아미노에틸)글리신 아미드를 기본 골격으로 하는 핵산 유사체로써, PNA 골격은 전기적으로 중성이기 때문에 상보적 염기서열을 갖는 표적 핵산에 대해서 DNA 프로브보다 높은 특이도와 선택성을 가지며, 핵산분해효소(Nuclease)나 단백질분해효소(protease)에 분해되지 않는 장점이 있어 프로브를 이용한 분자 진단 방법에 널리 이용되고 있다 (Egholm et al ., Nature , 365:556, 1993; Nielsen et al ., Bioconjugate Chem ., 5:3, 1994; Demidov, et al., Biochem . Pharmacol ., 48:1310, 1994). The present invention detects a methylated promoter and a target nucleic acid by using a nanoplasmonic biosensor. Since many CpG sites on the genome are actually methylated, it is possible to specifically recognize the sequence and detect methylation of a target nucleic acid or a specific promoter We used a capture probe to immobilize the PNA probe to gold nanoparticles. PNA (Peptide Nucleic Acid) is a nucleic acid analogue having a basic skeleton of N- (2-aminoethyl) glycinamide. Since the PNA skeleton is electrically neutral, it has higher specificity than a DNA probe for a target nucleic acid having a complementary base sequence (Nuclease) or protease, and is widely used in molecular diagnostic methods using probes (Egholm et < RTI ID = 0.0 > al ., Nature , 365: 556,1993; Nielsen et al ., Bioconjugate Chem ., 5: 3, 1994; Demidov, et al., Biochem . Pharmacol ., 48: 1310,1994).
본 발명에서는, PNA의 아미노 그룹 말단의 (C3-NH2)링커를 포함하는 하이드로카본 사슬(hydrocarbon chain)에 3개의 감마(γ)결합 위치가 포함되도록 PNA 프로브를 합성하였으며, PNA 백본의 감마(γ) 변형으로 인해 프로모터 특이적 상보성이 증가하고, PNA-DNA 복합체 형성이 용이하도록 하였다. In the present invention, a PNA probe was synthesized so that three hydrocarbon (γ) -binding positions were included in a hydrocarbon chain including a (C 3 -NH 2 ) linker at the amino group end of PNA, and a gamma (γ) modification resulted in increased promoter-specific complementarity and facilitation of PNA-DNA complex formation.
본 발명에서는 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance: LSPR) 시스템과의 통합 플랫폼으로 PNA가 골합된 금 나노스타(gold nanostar; AuNS)를 제조하여 사용하였으며, LSPR은 금 나노스타의 광학적 특성 변화에 매우 민감하여 프로모터의 메틸화에 따른 후성유전학적 변화를 민감하고, 특이적으로, 간단하게, 실시간으로 검출할 수 있다. 국소 표면 플라즈몬 공명기반 나노플라즈모닉 바이오센서는 레일리 이론에 기초하여, 금 나노스타 주변에서 발생하는 굴절율 및 스펙트럼 파장 이동 정도를 분석하여 메틸화 여부 및 후성유전학적 매개 전사억제 정도를 측정할 수 있다 (도 1). In the present invention, gold nanostar (AuNS) was synthesized using PNA as an integrated platform with localized surface plasmon resonance (LSPR) system, and LSPR was used for the change of optical properties of gold nanostar It is very sensitive, and thus it is possible to detect, in a specific, simple, real-time manner, the epigenetic change caused by the methylation of the promoter. Based on Rayleigh's theory, local surface plasmon resonance-based nanoplasmonic biosensors can be used to measure the degree of methylation and inhibition of progeny-mediated transcription by analyzing the refractive index and spectral wavelength shifts occurring in the vicinity of gold nanostars One).
본 발명은 일 관점에서, (a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 메틸화된 CpG에 특이적인 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및 (c) 메틸화된 CpG에 특이적인 단백질의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(Δλmax) 분석을 통해 표적핵산 CpG 부위 메틸화 여부를 분석하는 단계를 포함하는 표적핵산의 CpG 부위 메틸화 검출방법에 관한 것이다. In one aspect, the present invention relates to a method for detecting a nucleic acid comprising (a) a PNA probe hybridizing with a 5 'end or 3' end portion of a target nucleic acid is fixed vertically or horizontally, or a PNA probe hybridizing with a portion of the target nucleic acid is horizontally fixed Treating a gold nanostar-based plasmonic sensor with a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex; (b) contacting the complex formed with methylated CpG-specific protein to induce binding to the CpG site of the target nucleic acid; And (c) analyzing the light scattering spectrum resulting from binding of the methylated CpG-specific protein and analyzing whether or not the target nucleic acid CpG region is methylated through the maximum wavelength mobility (? Max) analysis obtained therefrom. And a method for detecting methylation of a CpG region.
본 발명은 다른 관점에서, (a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계;(b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및 (c) 메틸화된 CpG 부위의 MBD2 단백질 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도 분석을 통해 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위 개수를 측정하는 단계를 포함하는 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위 개수 측정방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention provides a method for detecting a nucleic acid molecule comprising: (a) a PNA probe hybridizing with a 5'end or 3'end of a target nucleic acid is vertically or horizontally immobilized, or a PNA probe hybridizing with a portion of the target nucleic acid is horizontally immobilized (B) a step of treating a target nucleic acid with a gold nanostar-based plasmonic sensor to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex; (b) adding a methylated CpG-binding
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 포함하는 시료를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및 (c) 메틸화된 CpG 부위의 MBD2 단백질 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(Δλmax) 분석을 통해 표적핵산의 CpG 부위 메틸화 여부를 분석하는 단계를 포함하는 표적핵산의 메틸화에 따른 암 진단에 필요한 정보를 제공하는 방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention provides a nucleic acid probe comprising: (a) a PNA probe that hybridizes with a 5 'end or 3' end portion of a target nucleic acid is vertically or horizontally immobilized, or a PNA probe that hybridizes with a portion of the target nucleic acid is horizontally immobilized Treating a gold nanostar-based plasmonic sensor with a sample containing a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex; (b) contacting MBP2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to the complex thus formed to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid; And (c) analyzing the light scattering spectrum according to MBD2 protein binding of the methylated CpG region and analyzing whether the CpG region of the target nucleic acid is methylated through the maximum wavelength mobility (? Max) analysis obtained therefrom. The present invention relates to a method for providing information necessary for the diagnosis of cancer caused by methylation of cancer cells.
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 전사인자 결합 도메인의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도시킨 후, 전사인자를 첨가하는 단계; 및 (c) 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 프로모터 내의 전사인자 결합 도메인의 CpG 부위 메틸화 여부를 검출하는 단계를 포함하는 프로모터 내의 전사인자 결합 도메인의 CpG 부위 메틸화 검출방법에 관한 것이다. (A) a PNA probe hybridizing with the 5 'end or the 3' end portion of the promoter is vertically or horizontally fixed, or a PNA probe hybridizing with the center portion of the promoter is horizontally immobilized Forming a gold nanostar-PNA probe-promoter complex by treating a nanostar-based plasmonic sensor with a promoter; (b) contacting the formed complex with MBD2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to induce binding to the methylated CpG site of the transcription factor binding domain, and then adding a transcription factor; And (c) a step of measuring the light scattering spectrum due to the binding of the transcription factor, and detecting whether the CpG region is methylated in the transcription factor binding domain in the promoter through analysis of the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained therefrom RTI ID = 0.0 > CpG < / RTI >
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도시킨 다음, RNA 폴리머레이즈 및 전사인자를 처리하는 단계; 및 (c) RNA 폴리머레이즈 및 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 프로모터의 활성을 분석하고, 메틸화되지 않은 프로모터와 비교하여 유전자 전사활성을 분석하는 단계를 포함하는 프로모터의 CpG 부위 메틸화에 따른 전사활성 억제를 측정하는 방법에 관한 것이다. (A) a PNA probe hybridizing with the 5 'end or the 3' end portion of the promoter is vertically or horizontally fixed, or a PNA probe hybridizing with the center portion of the promoter is horizontally immobilized Forming a gold nanostar-PNA probe-promoter complex by treating a nanostar-based plasmonic sensor with a promoter; (b) contacting the formed complex with a methylated CpG-binding domain protein 2 (MBD2) protein to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid, and then treating the RNA polymerase and the transcription factor; And (c) analyzing the activity of the promoter by analyzing the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained from the measurement of the light scattering spectrum due to the binding of the RNA polymerase and the transcription factor, and comparing the activity To a method for measuring the inhibition of transcriptional activity by methylation of a CpG region in a promoter comprising the step of assaying transcriptional activity.
본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계; (b) 상기 형성된 복합체에 RNA 폴리머레이즈, MBD2 및 전사인자를 접촉시켜 프로모터의 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; (c) MBD2, RNA 폴리머레이즈 및 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 전사억제인제 및 전사인자 단백질의 경쟁적 상호작용을 모니터링 하는 단계를 포함하는 프로모터 CpG 부위 메틸화에 따른 전사인자 단백질의 경쟁적 상호작용을 모니터링하는 방법에 관한 것이다. (A) a PNA probe hybridizing with the 5 'end or the 3' end portion of the promoter is vertically or horizontally fixed, or a PNA probe hybridizing with the center portion of the promoter is horizontally immobilized Forming a gold nanostar-PNA probe-promoter complex by treating a nanostar-based plasmonic sensor with a promoter; (b) contacting the formed complex with RNA polymerase, MBD2 and a transcription factor to induce binding to the CpG region of the promoter; (c) The light scattering spectrum according to the binding of MBD2, RNA polymerase and transcription factor is measured, and the competitive interaction of the transcription inhibitor and the transcription factor protein is monitored through analysis of the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained therefrom The present invention relates to a method for monitoring the competitive interaction of a transcription factor protein with methylation of a promoter CpG region comprising the steps of:
본 발명에 있어서, 상기 표적핵산 및 프로모터는 p53 프로모터인 것을 특징으로 하나, 이에 한정되지 않고, 다양한 프로모터 및 표적핵산의 사용이 가능하다.In the present invention, the target nucleic acid and the promoter are p53 promoters. However, the present invention is not limited thereto, and various promoters and target nucleic acids can be used.
본 발명에 있어서, 상기 PNA 프로브는 5'말단에 아민(NH2)기가 결합되어 있거나, PNA 프로브 내부에 아민(NH2)기가 결합되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 아민(NH2)기는 PNA 프로브 골격의 감마 위치에 결합 되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the PNA probe is 5 'amine terminus (NH 2) group, or are combined, and characterized in that the amine (NH 2) group is bonded to the inner PNA probe, the amine group (NH 2) groups PNA probe And is coupled to the gamma position of the skeleton.
또한, 상기 5'말단에 아민(NH2)기가 결합되어 있는 경우 PNA 프로브는 금 나노스타에 수직으로 고정되며, PNA 프로브 내부에 아민(NH2)기가 결합되어 있는 경우 PNA 프로브는 금 나노스타에 수평으로 고정되는 것을 특징을 한다.When the amine (NH 2 ) group is bonded to the 5 'end, the PNA probe is fixed to the gold nanostructure vertically. When the amine (NH 2 ) group is bonded to the PNA probe, the PNA probe is bound to the gold nanostructure And is fixed horizontally.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서는 (ⅰ) 유리 또는 플라스틱에서 선택되는 투명한 지지체에 별 모양의 금 나노스타를 고정시키는 단계; 및 (ⅱ) 금 나노스타가 고정된 표면에 (CH2)11(OCH2CH2)6OCH2COOH를 고정시킨 후, EDC/NHS를 이용하여 표적핵산에 특이적인 PNA 프로브를 (CH2)11(OCH2CH2)6OCH2COOH에 고정시키는 단계를 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다. In the present invention, the gold nanostar-based plasmonic sensor in step (a) may include (i) fixing a star-shaped gold nanostar to a transparent support selected from glass or plastic; (CH 2 ) 11 (OCH 2 CH 2 ) 6 OCH 2 COOH was immobilized on a gold nanostar fixed surface, and then a PNA probe specific for target nucleic acid (CH 2 ) was detected using EDC / NHS, 11 (OCH 2 CH 2 ) 6 OCH 2 COOH.
본 발명의 표면 플라즈몬 공명 현상을 기반으로 한 나노플라즈모닉 바이오센서를 제작하기 위해, 약 45nm 크기의 별 모양 금 나노스타를 당업계에 공지된 방법(surfactant-stabilized seed; T.K. Sau et al ., Adv . Mater , 22:1805, 2010)으로 합성하였으며(도 2), 유리 기판 위에 고정시키고, 상기 금 나노입자가 고정된 유리 기판을 이미징 챔버 (RC-30, Warner Instrument Inc.)에 장착시키고, 이 이미징 챔버는 암시야 공명 현미경의 샘플 홀더에 삽입하여 나노플라즈모닉 센서를 제조하였다. 이 후, 금 나노스타 표면에 HS (CH2)11(OCH2CH2)6OCH2COOH (OEG6 -COOH)를 부착 시킨 다음, 표적핵산 또는 프로브에 특이적인 서열을 가진 PNA 프로브를 EDC/NHS 생접합(bioconjugation) 반응을 통해 OEG6 -COOH와 결합시켰으며, 표적핵산 또는 프로브, MBD2 단백질을 순차적으로 결합시켜 금 나노스타 주변의 굴절율 변화를 통한 최대 파장 이동값을 측정하였다. In order to fabricate a nanoplasmonic biosensor based on the surface plasmon resonance phenomenon of the present invention, star-shaped gold nanostars having a size of about 45 nm were prepared by a known method (surfactant-stabilized seed; TK Sau et al . , Adv . Mater, 22: 1805, and attached to 2010) were synthesized in (2), fixed on a glass substrate and a glass substrate, wherein the imaging chamber gold nanoparticles are fixed (RC-30, Warner Instrument Inc.), the imaging The chamber was inserted into a sample holder of a dark field resonance microscope to produce a nanoplasmonic sensor. Subsequently, HS (CH 2 ) 11 (OCH 2 CH 2 ) 6 OCH 2 COOH (OEG 6 - COOH) was attached to the surface of the gold nanostar, and a PNA probe having a sequence specific to the target nucleic acid or probe was dissolved in EDC / NHS bioconjugation, and bound to OEG 6 - COOH. The target nucleic acid, probe, and MBD2 protein were sequentially bound to measure the maximum wavelength shift through the change of the refractive index around the gold nanostar.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 PNA 프로브와 표적핵산의 복합체 형성은 50 내지 55℃, pH 5.4 내지 8.3의 조건으로 반응시키는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the complex formation of the PNA probe and the target nucleic acid in the step (a) is performed at a reaction temperature of 50 to 55 ° C and a pH of 5.4 to 8.3.
본 발명에서 p53 프로모터와 PNA혼성화 조건을 확인한 결과, 52℃, pH 5.4에서 최적의 혼성화를 보이는 것을 확인하였으며(도 3), PNA 프로브의 p53 프로모터에 대한 특이성 및 mCpG 결합에 대한 특이성을 분석한 결과, PNA 프로브에 비특이적인 서열인 DNA 1, DNA 2 및 DNA 3의 경우 최대 파장이동 정도가 미미한 수준인 반면, p53 프로모터를 처리하였을 때, 최대 파장 이동값이 급격히 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, MBD2를 나노플라즈모닉 센서에 주입한 경우만 최대파장 이동값이 변하는 것을 확인하여, p53 프로모터의 mCpG를 특이적으로 인식하여 결합하는 것을 확인하였다 (도 4). As a result of confirming the hybridization conditions of p53 promoter and PNA in the present invention, it was confirmed that optimal hybridization was observed at 52 ° C and pH 5.4 (FIG. 3). Analysis of the specificity of pNA promoter and specificity for mCpG binding , The maximum wavelength shift of
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 광산란 스펙트럼의 측정은 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하며, background 스펙트럼과 암시야 공명 현미경 자체의 기계적으로 발생하는 노이즈 시그널을 측정하여 이를 제거한 스펙트럼 분석을 실시하였으며, 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)은 하기 수학식 1로 계산하였다.
In the present invention, the measurement of the light scattering spectrum in the step (c) is performed using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, The mechanical resonance noise signal of the field resonance microscope itself was measured and spectrum analysis was performed. The LSPR scattering maximum wavelength shift value (λ max ) obtained from the change of the refractive index of the single gold nanoparticle was calculated by the following equation .
[수학식 1][Equation 1]
Δλmax = λmax (after binding) - λmax (before binding)
Δλ max = lambda max (after binding) -? max (before binding)
본 발명에 있어서, 상기 MBD2 단백질의 처리농도는 120 내지 130fM인 것을 특징으로 하며, 최적 MBD2의 처리 농도를 확인하기 위해, 5 x 10-6 fM 내지 125 x 106 fM 농도로 처리하여 최대파장 이동값을 확인한 결과, 농도 의존적으로 최대파장 이동값이 증가하는 것을 확인하였으며, 125 fM에서 16.3nm의 LSPR λmax이동이 관찰되어 현저한 민감도를 보이는 것을 확인하였다 (도 7C 및 도 7D).
In the present invention, the treatment concentration of the MBD2 protein is in the range of 120 to 130 fM. In order to confirm the treatment concentration of the optimal MBD2, treatment is performed at a concentration of 5 x 10 -6 fM to 125 x 10 6 fM, As a result, it was confirmed that the maximum wavelength shift value was increased in a concentration dependent manner, and it was confirmed that LSPR λ max shift of 16.3 nm was observed at 125 fM, thereby showing a remarkable sensitivity (FIGS. 7C and 7D).
본 발명은 도 5에 나타낸 바와 같이, 검출 목적에 따라, 금 나노스타 표면에 PNA 프로브를 수직 또는 수평으로 고정화시켜 사용할 수 있다. PNA 프로브를 수직 또는 수평으로 결합하였을 때 금나노스타에 PNA-dsp53 프로모터 복합체가 형성된 것을 적외선 분광법(Fourier transform infrared spectroscopy; FT-IR)(도 6A) 및 전기영동(도 6B)을 이용하여 분석하였다. As shown in FIG. 5, the present invention can be used by immobilizing a PNA probe vertically or horizontally on a gold nanostar surface according to the purpose of detection. The formation of the PNA-dsp53 promoter complex on gold nanostars when the PNA probe was coupled vertically or horizontally was analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) (FIG. 6A) and electrophoresis (FIG. 6B) .
본 발명에서 PNA 프로브를 수직으로 금 나노스타 표면에 고정시킨 후, 메틸화된 p53 프로모터 및 MBD2를 주입하였을 때의 파장변화를 측정한 결과, 고정화 단계마다 최대 파장이 오른쪽으로 이동함을 확인하였으며, PNA와 mdsp53의 혼성화였을 경우 및 mCpG에 MBD2가 결합하였을 때 플라즈모닉 파장이 금 나노스타에 비해 각각 33.8nm 및 49.5nm으로 레드파장 쪽으로 이동한 것을 확인하였다 (도 7A). In the present invention, when the PNA probe was immobilized on the gold nanostar surface vertically and the methylated p53 promoter and MBD2 were injected, the maximum wavelength shifted to the right for each immobilization step, and PNA And mdp53 were hybridized, and when MBD2 was bound to mCpG, the plasmonic wavelength shifted toward the red wavelength at 33.8 nm and 49.5 nm, respectively, as compared with gold nanostar (Fig. 7A).
프로모터(표적핵산) 내에 존재하는 mCpG 수에 따른 LSPR 최대파장 이동정도 및 LSPR 최대파장 이동의 포화정도를 결정하기 위해 DNA 서열상에 mCpG가 1개 내지 4개가 존재하도록 타겟 DNA를 합성하여, 프로모터(표적핵산) 내에 존재하는 mCpG 수에 따른 LSPR 최대파장 이동도를 측정한 결과, 메틸화된 CpG의 수에 따라 최대 파장 이동값의 변화를 확인한 결과, 메틸화된 CpG에 의존적으로 최대 파장 이동값이 증가하는 것을 확인하였으며, 메틸화된 CpG 부위가 3개 및 4개가 존재할 때 최대파장 이동값은 각각 24nm 및 24.8nm을 보여 LSPR 스펙트럼 이동의 포화정도를 확인할 수 있었다 (도 7B). To determine the degree of LSPR maximum wavelength shift and the degree of saturation of LSPR maximal wavelength shift depending on the number of mCpG present in the promoter (target nucleic acid), target DNA was synthesized so that there were 1 to 4 mCpG on the DNA sequence, As a result of measuring the LSPR maximum wavelength mobility according to the number of mCpG present in the target nucleic acid, the change of the maximum wavelength shift according to the number of methylated CpG was confirmed, and the maximum wavelength shift value was increased depending on the methylated CpG When the methylated CpG sites were 3 and 4, the maximum wavelength shift values were 24 nm and 24.8 nm, respectively, and the degree of saturation of the LSPR spectral shift was confirmed (FIG. 7B).
PNA 프로브를 금 나노스타에 수직으로 결합하였을 때는 길이변화에 따른 파장 이동을 분석하여 mCpG 개수 측정, 메틸화 유무, 메틸화 위치, 입체장애 및 전사활성을 측정할 수 있으며, 타겟 DNA(표적핵산)의 길이에 따라 PNA 프로브를 금 나노스타에 수평으로 결합하여 분석을 수행할 수도 있다. 본 발명에서 사용한 30nm 크기의 금 나노스타는 표면으로부터 약 20nm에 해당하는 부분이 플라즈몬 민감 지역이며, 상기에서 각각의 mCpG를 포함하고 있는 각각의 서열은 30bp길이를 가지므로, 약 10.3nm(10bp당 약 3.4nm)에 해당하며 표면 플라즈몬 공명 영역의 민감지역에 포함된다 (도 8A). 하지만, 타켓 DNA의 길이가 길어지게 되면 민감지역 바깥에 있는 부분의 메틸화된 mCpG의 유무의 판단이 어려워진다. 만약, PNA 프로브를 금 나노스타에 수평으로 결합하였을 때는 금 나노스타로부터 메틸화된 mCpG의 위치가 동일하므로 mCpG 개수 파악 및 MBD2에 의한 입체 장애를 측정할 수 있다. When the PNA probe is vertically bonded to the gold nanostar, the wavelength shift according to the change in length can be analyzed to measure the number of mCpG, the presence of methylation, the methylation position, the steric hindrance and the transcription activity. The length of the target DNA (target nucleic acid) , The analysis can be performed by horizontally bonding the PNA probe to the gold nanostar. The gold nanostar used in the present invention has a region corresponding to about 20 nm from the surface as a plasmon sensitive region. Since each of the sequences containing each mCpG has a length of 30 bp, about 10.3 nm (10 bp About 3.4 nm) and is included in the sensitive region of the surface plasmon resonance region (Fig. 8A). However, when the length of the target DNA becomes longer, it becomes difficult to judge the presence or absence of methylated mCpG in the region outside the sensitive region. When the PNA probes are horizontally bonded to gold nanostars, the position of methylated mCpG from the gold nanostars is the same, so that the number of mCpG and the steric hindrance due to MBD2 can be measured.
또한, 상기 p53 프로모터에 특이적인 PNA 프로브 서열을 합성하여, 금 나노스타에 수직으로 고정시킨 다음, p53 프로모터를 챔버 안에 주입하여 PNA 프로브와의 혼성화를 유도하였지만, 결합할 때의 동적인 에너지 변화로 인해 PNA 프로브가 금 나노스타로부터 분리되는 경우가 발생하였다. PNA 프로브를 안정적으로 금 나노스타에 고정시키기 위해, PNA 서열 내에 감마(γ)결합 위치 2 군데에 -NH2기(상기 서열에서 *로 표시된 부분)를 도입하여 PNA 프로브를 제작하였으며, p53 프로모터는 여전히 금 나노스타 표면에 수직으로 결합시키기 위해, PNA 프로브는 p53 프로모터의 5' 말단에 결합하도록 제작하였다 (도 8B). In addition, a PNA probe sequence specific to the p53 promoter was synthesized, immobilized vertically on gold nanostars, and then p53 promoter was introduced into the chamber to induce hybridization with the PNA probe. However, Resulting in the separation of PNA probes from gold nanostars. In order to stably immobilize the PNA probes on gold nanostars, PNA probes were prepared by introducing -NH 2 groups (marked with * in the above sequence) at two sites of gamma (?) Binding sites in the PNA sequence. To still bind perpendicularly to the gold nanostar surface, a PNA probe was made to bind to the 5 ' end of the p53 promoter (Fig. 8B).
PNA 프로브를 수직 또는 수평으로 각각 금 나노스타에 고정시켰을 때, 프로로모터(표적핵산) 내에 존재하는 mCpG 위치에 따른 LSPR 최대파장 이동도를 측정한 결과, PNA 프로브를 수직으로 금 나노스타 표면에 고정시킨 경우에는 최대 파장 이동값이 p53 프로모터 상의 -105, -77, -35 및 +1위치에 따라 각각 16.5 nm, 15.2 nm, 13.8 nm, 13.2 nm을 나타내는 것을 확인하였다 (도 9A). 반면, PNA 프로브를 수평으로 금 나노스타 표면에 고정시킨 경우에는 수평고정된 PNA 프로브와 p53 프로모터의 혼성화는 mCpG 위치에 상관없이 금 나노스타로부터의 길이가 같기 때문에 p53 프로모터의 mCpG 위치에 영향을 받지 않아 최대 파장 이동정도가 서로 비슷하게 나타나는 것을 확인하였다 (도 9B).
As a result of measuring the LSPR maximum wavelength mobility according to the position of mCpG present in the pro-motor (target nucleic acid) when the PNA probe was immobilized on gold nanostars vertically or horizontally, When fixed, it was confirmed that the maximum wavelength shift value was 16.5 nm, 15.2 nm, 13.8 nm and 13.2 nm, respectively, depending on the positions of -105, -77, -35 and +1 on the p53 promoter (FIG. 9A). On the other hand, when the PNA probe is immobilized on the gold nanostar surface horizontally, the hybridization of the horizontally fixed PNA probe and the p53 promoter is not influenced by the mCpG position of the p53 promoter because the length from the gold nanostar is the same regardless of the mCpG position It was confirmed that the maximum wavelength shifts were similar to each other (FIG. 9B).
본 발명에서는 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용하여 메틸화된 p53 프로모터 및 MBD2을 다중 검출이 가능한지 확인하기 위해 실험을 수행하였으며, 이 경우에는 MBD2가 타겟 물질 및 mCpG 검출자(detector)의 역할을 모두 수행하게 된다.In the present invention, an experiment was conducted to confirm whether the methylated p53 promoter and MBD2 can be multiplexed using a nanoplasmonic biosensor. In this case, MBD2 performs both a target substance and an mCpG detector do.
시료로 HEK 293 세포(Hk; CRL-1573TM) 및 HeLa 세포(He; CCL-2™)에서 p53 프로모터 단편 및 MBD2가 포함되어 있는 핵 추출물을 분리하여 실험을 수행하였으며, 그 결과, HeLa 세포의 p53 프로모터(He-dsp53)은 양성 대조군(mdsp53)과 유사한 수준으로 파장의 이동이 관찰되었으나, HEK293 세포의 p53 프로모터의 경우 파장 이동이 미미한 것을 확인하였다 (도 11). 이는 실시예 4-1의 도 10A의 총 메틸화 정도와 유사한 결과로, HeLa 세포의 p53 프로모터 내에 메틸화된 CpG가 높은 수준으로 존재하는 것을 의미하며, HEK293 세포의 경우 p53 프로모터 내 메틸화된 CpG가 거의 존재하지 않는 것을 의미한다.Experiments were performed by separating the p53 promoter fragment and the nuclear extract containing MBD2 from
p53의 프로모터의 메틸화 정도와 MBD2의 동시 검출에 있어서, 도 12A 나타난 바와 같이, HeLa 세포의 p53 프로모터에 각각의 MBD2를 반응시킨 경우 재조합 MBD2(Rec MBD2), He-MBD2, Hk-MBD2에서 각각 20.3nm, 16.4nm, 2.5nm의 최대파장 이동값을 보여 HeLa 세포에서 MBD2가 과발현되는 것을 확인하였으며, 이는 실시예 4-1의 도 10B의 MBD2 정량 값과 유사한 것을 확인하였다. HEK293 세포의 p53 프로모터에 각각의 MBD2를 반응시킨 경우에는, HEK293 세포의 p53 프로모터 내에 메틸화 된 부분이 거의 없어 MBD2 처리에 따른 파장의 변화가 크지 않은 것을 확인할 수 있었다.
In the simultaneous detection of the degree of methylation of p53 promoter and MBD2, when MBD2 was reacted with the p53 promoter of HeLa cells as shown in Fig. 12A, recombinant MBD2 (Rec MBD2), He-MBD2 and Hk- nm, 16.4 nm, and 2.5 nm, indicating that MBD2 was overexpressed in HeLa cells, which was confirmed to be similar to the MBD2 quantitation value of FIG. 10B of Example 4-1. When the MBD2 was reacted with the p53 promoter of HEK293 cells, there was almost no methylated portion in the p53 promoter of HEK293 cells, and it was confirmed that the wavelength change due to MBD2 treatment was not large.
또한, 본 발명에서 p53 프로모터 상의 전자인자 바인딩 도메인의 메틸화에 따른 전사인자의 입체장애 모니터링하기 위해, 각각의 기본 프로모터 활성 지역(-213 ~ +1) 및 짧은 RNA 인코딩 DNA 절편(+1 ~ +30)을 포함하는 메틸화된 전사인자 바인딩 도메인 서열을 각각 합성하여 실험에 사용하였으며, 나노플라즈모닉 바이오센서 상에서 MBD2 단백질을 처리한 다음, AP-1, NF-κB, YY-1, Myc 각각의 전사인자 및 RNA polymerase Ⅱ(p33서브 유닛)을 첨가하여 반응시켰다. MBD2를 결합시켰을 때, 16.3nm의 최대파장이 이동하는 것을 측정하였으나, 전사인자를 반응시켰을 때 붉은 파장으로 더 이상의 이동은 없는 것을 관찰하였다(도 13). 이는 MBD2가 전사인자 바인딩 도메인의 mCpG에 완전히 결합하여, 입체장애로 인해 중요한 전사인자의 결합이 이루어지지 못했기 때문으로 판단된다.
Further, in order to monitor the steric hindrance of the transcription factor due to the methylation of the electromagnetic factor binding domain on the p53 promoter, each basic promoter active region (-213 to +1) and short RNA-encoding DNA fragment (+1 to +30 ) Were synthesized and used in the experiments. MBD2 protein was treated on the nanoplasmonic biosensor, and then the transcription factor of each of AP-1, NF-κB, YY-1 and Myc And RNA polymerase II (p33 subunit). When MBD2 was bound, the maximum wavelength shift of 16.3 nm was measured. However, when the transcription factor was reacted, it was observed that there was no further migration to the red wavelength (FIG. 13). This suggests that MBD2 is completely bound to mCpG of the transcription factor binding domain and that important transcription factors are not coupled due to steric hindrance.
전사 속도를 측정하기 위해서, 금 나노스타 표면으로 더 가까이 이동하는 RNAP Ⅱ에 의존적으로 변하는 LSPR 스펙트럼을 측정하기 위해, PNA 프로브를 금나노스타에 수직으로 고정시켜 사용하였다. PNA 프로브를 금 나노스타에 수직으로 결합시키게 되면, mCpG는 플라즈모닉 민감성 지역의 바깥쪽에 위치되어 있어(도 14), RNAP Ⅱ가 프로모터의 바깥쪽에서부터 결합하여 p53 프로모터를 따라 이동하면 LSPR 스펙트라의 뚜렷한 변화가 실시간으로 발생한다. 만약, p53 프로모터상의 mCpG에 핵 추출물 속의 MBD2가 결합하면 LSPR 변화가 메틸화 되지 않은 p53 프로모터에 비해 LSPR 변화가 크지 않으므로, 후성유전학적 매개 전사 활성 변화를 측정할 수 있게 된다. To measure the transfer rate, a PNA probe was vertically immobilized on a gold nanostar to measure the LSPR spectrum, which is dependent on RNAP II, which moves closer to the gold nanostar surface. When the PNA probe is vertically bound to the gold nanostar, mCpG is located outside of the plasmonic sensitive region (Fig. 14). When RNAP II binds from the outside of the promoter and moves along the p53 promoter, Changes occur in real time. If MBD2 in the nuclear extract binds to mCpG on the p53 promoter, the change in LSPR is less significant than that of the p53 promoter in which the LSPR changes are not methylated, so that changes in the progeny genetic mediated transcriptional activity can be measured.
본 발명에서 p53 프로모터의 메틸화에 따른 전사속도를 측정하기 위해, MBD2 존재하에 메틸화된 프로모터상에서 RNA 중합효소(RNAP Ⅱ)의 결합 속도를 측정하였다. 스펙트럼 변화를 측정하여 전사 속도를 측정한 결과, 표 5 및 도 14에 나타난 바와 같이, 메틸화된 p53 프로모터의 경우, MBD2결합에 개시전 복합체(pre-initiation complex)가 형성이 저해되어 메틸화되지 않은 p53 프로모터에 비해 LSPR 최대 파장 이동 변화가 크지않은 것을 확인하였다 (도 15 A 및 B). MBD2의 존재 여부에 따른 파장 변화는 MBD2 결합에 따른 차이로 판단된다. In the present invention, the binding rate of RNA polymerase (RNAP II) was measured on the methylated promoter in the presence of MBD2 in order to measure the transcription rate upon methylation of the p53 promoter. As shown in Table 5 and Fig. 14, in the case of the methylated p53 promoter, formation of a pre-initiation complex was inhibited in MBD2 binding, and the methylation-free p53 promoter The change in the maximum wavelength shift of the LSPR was not large (Figs. 15A and 15B). The wavelength change depending on the presence of MBD2 is judged as a difference due to MBD2 binding.
상기의 LSPR 최대 파장 이동값의 감소는 MBD2에 의해 mdsp53, he-dsp53에서 개시전 복합체의 형성이 hk-dsp53 및 umdsp53 프로모터에 비해 느려져 전사속도가 급격히 감소한 것을 확인하였다. The decrease in the maximum LSPR shift value of the LSPR was confirmed by MBD2, which is slower than that of the hk-dsp53 and umdsp53 promoters in mdsp53 and he-dsp53.
HeLa 세포 및 HEK 세포로부터 p53 프로모터 및 메틸화된 전사인자 바인딩 도메인 p53 프로모터 (mAP-1 dsp53, mNF-kB dsp53, mYY1 dsp53)의 상대적 전사활성을 나노플라즈모닉 바이오센서로 측정하여 분석한 결과, 전사활성은 mAP-1, mNF-kB 및 mYY1에서 각각 43%, 35% 및 27%로 감소하였으며, he-dsp53, hk-dsp53 및 mdsp53는 메틸화 되지 않은 p53에 비해 각각 45%, 86% 및 29%의 활성을 보이는 것을 확인하였다 (도 15C 및 D).The relative transcriptional activity of the p53 promoter and the methylated transcription factor binding domain p53 promoter (mAP-1 dsp53, mNF-kB dsp53, mYY1 dsp53) from HeLa cells and HEK cells was measured using a nanoplasmonic biosensor, Were reduced to 43%, 35% and 27% in mAP-1, mNF-kB and mYY1, respectively. He-dsp53, hk-dsp53 and mdsp53 were reduced to 45%, 86% and 29% (Fig. 15C and D).
또한, 전사가 시작된 경우에 MBD2에 의해 영향을 받는지 확인하기 위해, 나노플라즈모닉 센서의 챔버 내에 각각의 전사인자(AP-1, NF-κB, YY-1, c-Myc) 및 RNA 중합효소를 주입하여 전사반응을 먼저 유도한 뒤에, MBD2를 챔버 안으로 주입하여, MBD2에 따른 전사억제를 관찰하였다. 그 결과, 전사인자 바인딩 도메인에 mCpG가 존재하는 경우 최대파장 이동값이 감소하는 것을 확인하였으며(도 16), 이는 전사인자 바인딩 도메인의 mCpG에 MBD2가 결합함에 따라 RNA 합성과정의 초기에도 전사가 중지될 수 있음을 말해준다. In order to confirm whether the transcription was initiated by MBD2, each transcription factor (AP-1, NF-κB, YY-1, c-Myc) and RNA polymerase was introduced into the chamber of the nanoplasmonic sensor After the induction of the transcription reaction, MBD2 was injected into the chamber, and the inhibition of transcription by MBD2 was observed. As a result, it was confirmed that when the mCpG was present in the transcription factor binding domain, the maximum wavelength shift value decreased (Fig. 16), indicating that MBD2 binds to mCpG of the transcription factor binding domain, Can be.
각각의 전사인자 바인딩 도메인 내에 메틸화된 CpG가 존재함에 따른 후성유전학적 매개 전사억제 정도를 측정하기 위해, 메틸화되지 않은 p53 프로모터(서열번호 6), 메틸회된 p53 프로모터(양성대조군, 서열번호 5)와 메틸화된 mCpG를 포함하는 AP-1, NF-κB 전사인자 바인딩 도메인 서열(각각 서열번호 23 및 25, 표 6)을 이용하여 실험을 수행한 결과, 전사인자 바인딩 도메인 내의 mCpG에 결합한 MBD2의 존재하에 메틸회된 p53 프로모터(mdsp53)와 메틸화된 mCpG를 포함하는 AP-1, NF-κB 전사인자 바인딩 도메인이 메틸화되지 않은 p53 프로모터(umdsp53)에 비해 전사속도가 감소하는 것을 확인하였다 (도 17).
No methylated p53 promoter (SEQ ID NO: 6), methylated p53 promoter (positive control, SEQ ID NO: 5) was used to measure the degree of suppression of epigenetic mediated transcription by the presence of methylated CpG in each transcription factor binding domain. (SEQ ID NOS: 23 and 25, Table 6, respectively), which contained mCpG and methylated mCpG. As a result, the presence of MBD2 bound to mCpG in the transcription factor binding domain (Mdsp53) and methylated mCpG under AP-1 and NF-κB transcription factor binding domains were reduced compared to unmethylated p53 promoter (umdsp53) (FIG. 17) .
결론적으로, 본 발명에서는 나노플라즈모닉 바이오센서를 이용하여, 메틸화 여부 판단 및 정량, 프로모터 상의 mCpG 및 과발현된 MBD2 단백질의 동시 검출, 후성유전학적 매개 전사억제 활성 측정할 수 있는 것을 확인하였으며, 이를 이용하여 암 발달 초기 단계의 생물학적 특징인, p53과 같은 암 억제 유전자의 전사 억제 원인이, 프로모터 상의 전사인자 바인딩 도메인 내의 메틸화에 따른 전사억제이 기인하는 것을 확인할 수 있다.
In conclusion, in the present invention, it was confirmed that methylation determination and quantification, simultaneous detection of mCpG and overexpressed MBD2 protein on the promoter, and suppressive activity of progeny genetic mediated transcription can be measured using a nanoplasmonic biosensor It can be confirmed that the transcriptional repression inhibitor of the cancer suppressor gene such as p53, which is a biological feature in the early stage of cancer development, is due to transcriptional repression due to methylation in the transcription factor binding domain on the promoter.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.
나노플라즈모닉Nanoplasmic 바이오센서 제작 Biosensor Fabrication
1-1 : 금 1-1: Gold 나노스타의Nanostar 제조 Produce
본 발명의 표면 플라즈몬 공명 현상을 기반으로 한 나노플라즈모닉 바이오센서를 제작하기 위해, 약 45nm 크기의 별 모양 금 나노스타를 당업계에 공지된 방법(surfactant-stabilized seed; T.K. Sau et al., Adv . Mater , 22:1805, 2010)으로 합성하였으며, 합성에 사용된 재료은 시그마 알드리치(Sigma Aldrich , 미국)에서 구입하여 사용하였다.In order to fabricate a nanoplasmonic biosensor based on the surface plasmon resonance phenomenon of the present invention, star-shaped gold nanostars having a size of about 45 nm were prepared by a known method (surfactant-stabilized seed; TK Sau et al., Adv . Mater, 22: 1805, was synthesized as 2010), it was purchased from the jaeryoeun Sigma Aldrich (Sigma Aldrich, USA) used in the synthesis.
금 나노스타 시드용액은 10mM HAuCl4 0.5㎖과 0.1M CTAB 15㎖을 혼합하여 준비하였으며, 금 나노스타 시드를 성장시키기 위해, 차가운 상태의 수소화 붕소 나트륨(sodium borohydride; NaBH4, 환원제) 1.2㎖을 상기 밝은 갈색의 시드 용액에 첨가하여 용해시켰다 (시드용액). 금 나노스타 성장을 위한 용액은, 0.1 M CTAB 9.5㎖, 10 mM AgNO3 0.06㎖ 및 10 mM HAuCl4 0.4㎖을 고루 혼합하여 준비하였으며 (성장용액), HAuCl4를 첨가하면 용액의 속이 노란 갈색으로 바뀐다. 금 나노스타의 성장을 시작하기 위해, 상기의 성장용액에 시드용액 20㎕를 첨가하고 100mM 아스코르빈산(ascorbic acid) 0.064㎖을 첨가하였다 (이때 용액은 투명한 색으로 변한다). 그 후, 0.1 M NaOH 0.05㎖을 첨가하고, 용액의 색이 보라/파란색에서 짙은 녹색으로 변할 때까지 약 2시간 30분 동안 자석교반기(magnetic stirring)로 250rpm으로 교반하여 금 나노스타를 성장시켰다. The gold nanostart seed solution was prepared by mixing 0.5 ml of 10 mM HAuCl 4 and 15 ml of 0.1 M CTAB and 1.2 ml of sodium borohydride (NaBH 4 , a reducing agent) in a cold state to grow gold nanostructured seeds Was added to and dissolved in the light brown seed solution (seed solution). The solution for gold nanostar growth was prepared by mixing 9.5 ml of 0.1 M CTAB, 0.06 ml of 10 mM AgNO 3 and 0.4 ml of 10 mM HAuCl 4 (growth solution), adding HAuCl 4 Change. To start the growth of the gold nanostar, 20 μl of the seed solution was added to the growth solution and 0.064 ml of
금 나노스타의 성장이 완료되면, 반응이 완료된 용액에서 응집된 생성물을 제거하기 위해 0.2㎕ 필터를 이용하여 여과하였으며, 나노플라즈모닉 바이오센서를 제조하기 위한, 균일한 크기의 금 나노스타를 수득하기 위해 20 ~ 80% 자당밀도 구매 원심분리법을 이용하여 26000rpm에서 1시간 동안 원심분리하였으며, 크기 및 모양은 고분해능 투과전자현미경(high resolution transmission electron microscopy; HR-TEM, jEOL JEM-3011) 및 UV/VIS 분광 광도계(UV/VIS 3600, Shimadzu)를 사용하여 측정하였다.When the growth of the gold nanostar was completed, the solution was filtered with a 0.2 mu l filter to remove the agglomerated product from the solution in which the reaction was completed, to obtain a uniform size of gold nanostar for the production of the nanoplatemonic biosensor (HR-TEM, jEOL JEM-3011) and UV / VIS (high resolution transmission electron microscopy) were used for the analysis. The samples were centrifuged at 26,000 rpm for 1 hour using 20-80% sucrose density purchased centrifugation. Using a spectrophotometer (UV / VIS 3600, Shimadzu).
그 결과, 약 45nm 크기를 가지는 금 나노스타가 제조된 것을 확인하였으며, 약 700nm에서 최대 파장값을 보이는 것을 확인하였다 (도 2).
As a result, it was confirmed that a gold nanostar having a size of about 45 nm was fabricated, and it was confirmed that a maximum wavelength value was obtained at about 700 nm (FIG. 2).
1-2 : 금 1-2: Gold 나노스타Nanostar 고정 및 Fixed and 챔버chamber 세팅( setting( chamberchamber settingsetting ))
실시예 1-1에서 제조된 금 나노스타를 3-MPTES로 활성화된 커버스립 슬라이드(coverslip slide; 22 x 40 x 0.1 mm) 위에 고정시켰다. The gold nanostars prepared in Example 1-1 were fixed on a coverslip slide (22 x 40 x 0.1 mm) activated with 3-MPTES.
먼저, 커버슬립 슬라이드는 피란하 용액(piranha solution; H2SO4: H2O2: 3:1) 안에서 초음파 처리한 다음, 18.2 mΩ/m 초순수 증류수로 완전히 세척하였다. 금 나노스타를 포함한 용액은 흡광도 690nm에서 OD 0.02 값을 가지도록 희석한 뒤, drop-coating을 통해 유리 기판(커버슬라이드 글래스)의 중앙에 정전기적으로 고정시키기 위해 30초 동안 반응시켰다. 여기서, 금 나노입자의 농도와 반응시간은 입자간 간격 및 고정된 금 나노스타의 밀도를 조절하여 입자간 커플링 효과를 감소시키는 역할을 한다. First, the cover slip slide was ultrasonicated in a piranha solution (H 2 SO 4 : H 2 O 2 : 3: 1) and then thoroughly washed with 18.2 mΩ / m ultra pure water. The solution containing gold nanostars was diluted to an OD 0.02 value at 690 nm absorbance and then reacted for 30 seconds to electrostatically fix the glass substrate (cover slide glass) to the center of the drop-coating. Here, the concentration and the reaction time of the gold nanoparticles serve to reduce the inter-particle coupling effect by controlling the intergranular spacing and the density of the fixed gold nanostars.
그 후, 준비한 유기 기판 샘플을 미세유체 이미징 챔버 (RC-30, Warner Instrument Inc.)에 장착시키고, 상기 이미징 챔버는 암시야 공명 현미경(Eclipe TE2000-U, Nikon, 일본)의 샘플 홀더에 삽입하였다. 이미징 챔버는 금 나노입자의 표면 기능화에 필요한 흡착물 및 반응물 등의 여러 가지 화학 물질을 주입하기 위한 수단으로, 주사기 펌프와 연결되어 있으며, 챔버 안으로 흐르는 유체의 속도는 50㎕/min으로 조절하였다. 챔버 안에서 최적 결합온도는 온도조절기(TC-324B, Warner Instruments)를 사용하여 조절하였다. Thereafter, the prepared organic substrate sample was mounted on a microfluidic imaging chamber (RC-30, Warner Instrument Inc.), and the imaging chamber was inserted into a sample holder of a dark field resonance microscope (Eclip TE2000-U, Nikon, Japan) . The imaging chamber is connected to a syringe pump, which is a means for injecting various chemicals such as adsorbates and reactants necessary for surface functionalization of gold nanoparticles, and the flow rate of the fluid flowing into the chamber is adjusted to 50 μl / min. The optimum bonding temperature in the chamber was controlled using a thermostat (TC-324B, Warner Instruments).
시스템 세팅 후에, 고정된 금 나노스타 표면은 앱솔루트 에탄올(absolute ethanol)을 흘려주어 5분 동안 세척한 다음, 부착되지 않은 금나노스타 및 다른 불순물을 제거하기 위해 초순도 증류수를 10분 동안 흘려주었다. 그 다음, 에탄올에 포함된 0.2 mM HS (CH2)11(OCH2CH2)6OCH2COOH(OEG6 -COOH) 1㎖을 챔버 안으로 주입시키고 금 나노스타 표면에 부착시키기 위해 10시간 동안 반응시켰다. After system setting, the fixed gold nanostar surface was washed with absolute ethanol for 5 minutes, then ultra-pure distilled water was drained for 10 minutes to remove unattached gold nanostars and other impurities. Then, 1 ml of 0.2 mM HS (CH 2 ) 11 (OCH 2 CH 2 ) 6 OCH 2 COOH (OEG 6 - COOH) contained in ethanol was injected into the chamber and reacted for 10 hours to attach to the gold nanostar surface .
그 후, 표적 프로모터 또는 표적핵산에 특이적인 PNA 프로브를 고정시키기 위해, NHS 커플링 키트(Thermo Scientific, FL, 미국)를 이용하여 EDC/NHS 생접합(bioconjugation) 반응을 통해 PNA 프로브를 OEG6COOH와 결합시켰다.
The PNA probes were then ligated to the OEG 6 COOH (SEQ ID NO: 2) through an EDC / NHS bioconjugation reaction using an NHS coupling kit (Thermo Scientific, FL, USA) to immobilize a PNA probe specific for the target promoter or target nucleic acid ≪ / RTI >
나노플라즈모닉Nanoplasmic 바이오센서의 Biosensor PNAPNA 및 And p53p53 프로모터의 Promoter 혼성화Hybridization 조건 및 특이성 확인 Identify conditions and specificity
2-1 : 2-1: 혼성화Hybridization 조건 확인 Condition check
실시예 1에서 제조한 나노플라즈모닉 바이오센서에서 PNA 프로브와 p53 프로모터의 혼성화 정도 및 메틸화 검출 여부를 파악하기 위해, 인간 지노믹 DNA에서 p53 프로모터의 약 213bp의 BAP(basic activity promoter region) 부분 및 전체 활성 프로모터(full-activity promoter; 381bp)를 다음의 두 개의 프라이머 세트(바이오니아 합성)를 사용하여 PCR을 수행하였다.
In order to understand the degree of hybridization between the PNA probe and the p53 promoter and whether methylation was detected in the nanoplasmonic biosensor prepared in Example 1, a portion of the basic activity promoter region (BAP) of about 213 bp of the p53 promoter in the human genomic DNA, The full-activity promoter (381 bp) was subjected to PCR using the following two primer sets (bioneer synthesis).
p53 프로모터의 BAP 부분은 94℃에서 4분 동안 반응 후 94℃ 30초, 57℃ 30초, 72℃ 1분 반응 과정을 30 사이클(cycle) 반복하여 증폭시켰으며, 전체 활성 프로모터 부분은 94℃에서 4분 동안 반응 후 94℃ 30초, 56℃ 30초, 72℃ 1분 반응 과정을 30 사이클 반복하여 증폭시킨 다음, 당업계에 알려진 방법으로 각각의 생성물을 분리하여 이후의 실험에 사용하였다. The BAP portion of the p53 promoter was reacted at 94 ° C for 4 minutes, followed by 30 cycles of 94 ° C for 30 seconds, 57 ° C for 30 seconds, and 72 ° C for 1 minute, and the entire active promoter portion was amplified at 94 ° C After 4 minutes of reaction, the reaction was repeated 30 times at 94 ° C for 30 seconds, 56 ° C for 30 seconds, and 72 ° C for 1 minute, and the products were separated and used in subsequent experiments by methods known in the art.
금 나노스타에 고정된 PNA 프로브와 p53 프로모터(dsp53)와의 혼성화 조건을 확인하기 위해, PNA와 dsp53 농도가 3 : 1이 되도록 하여 perfectHybTM plus 혼성화 버퍼(1x; Sigma Aldrich)를 이용하여 52℃에서 반응시켰으며, 반응시 pH는 5.4, 6.2, 7.0, 7.7, 8.3으로 조건을 각각 달리하여 반응시켰다. 혼성화 효율을 관찰하기 위해 2.5% 아가로스 젤 전기영동 후, UV 트랜스일루미내이터(Spectronics, NY, USA) 를 이용하여 분석한 결과, pH는 5.4에서 최적의 혼성화를 보이는 것을 확인하였다 (도 3).
In order to determine the hybridization conditions with the PNA probe and the p53 promoter (dsp53) fixed to the gold nano-star, a PNA and dsp53 concentration of 3: 1 to ensure that the perfectHyb TM plus hybridization buffer (1 ×; Sigma Aldrich) at 52 ° C. The pH of the reaction was 5.4, 6.2, 7.0, 7.7, and 8.3, respectively. In order to observe the hybridization efficiency, 2.5% agarose gel electrophoresis was performed, and the result was analyzed using a UV transilluminater (Spectronics, NY, USA). As a result, it was confirmed that optimal hybridization was observed at pH 5.4 (FIG. 3) .
2-2 : 특이성 확인2-2: Identification of specificity
나노플라즈모닉 바이오센서의 특이성을 확인하기 위해, PNA 프로브의 p53 프로모터에 대한 특이성 및 mCpG 결합에 대한 특이성을 분석하였다. In order to confirm the specificity of the nanoplasmonic biosensor, the specificity of the PNA probe to the p53 promoter and the specificity to the mCpG binding were analyzed.
PNA 프로브의 특이성을 확인하기 위해 p53 프로모터에 특이적인 PNA 서열을 합성하여 실시예 1에서 제조한 나노플라즈모닉 센서의 금 나노스타에 고정시킨 다음, 비특이적인 DNA 및 p53 프로모터를 각각 처리하고, 스펙트럼 파장 변화 분석을 통해 최대 파장 이동값을 분석하였다. 상기 p53 프로모터는 프로모터 상에 CpG 부분이 메틸화 되도록 p53 프로모터에 메틸트랜스퍼레이즈(CpG Methyltranferase; M.SssI, New England Biolabs, 미국)를 처리하였다 (이 후의 실험에서 양성 대조군으로 사용).In order to confirm the specificity of the PNA probe, a PNA sequence specific to the p53 promoter was synthesized, immobilized on the gold nanostructure of the nanoplasmonic sensor prepared in Example 1, the nonspecific DNA and p53 promoter were respectively treated, The maximum wavelength shift value was analyzed by the change analysis. The p53 promoter was treated with methyltransferase (CpG Methyltranferase; M.SssI, New England Biolabs, USA) in the p53 promoter so that the CpG portion was methylated on the promoter (used as a positive control in the subsequent experiments).
고정화가 이루어지는 단계마다 암시야 공명 현미경을 이용한 광 산란(Light scattering) 스펙트럼 측정하였으며, 데이터의 프로세싱을 위해, 실험의 결과로 얻어진 스펙트럼에 OriginPro 7.5 프로그램의 Lorentzian 알고리즘을 적용함으로써 정확하고 효과적으로 Wavelength 최대 파장 값을 분석하였다. 마지막으로 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)은 하기 수학식 1로 계산하였다. Light scattering spectra were measured using a dark-field resonance microscope at each stage of immobilization. For the processing of data, the Lorentzian algorithm of the OriginPro 7.5 program was applied to the spectrum obtained as a result of the experiment, Respectively. Finally, the LSPR scattering maximum wavelength shift (λ max ) obtained from the change in the refractive index of the single gold nanoparticle was calculated by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
Δλmax=λmax(after binding)-λmax(before binding)
Δλ max = λ max (after binding) -λ max (before binding)
또한, PNA 프로브와 mCpG 부분이 포함된 p53 프로모터를 혼성화 시킨 후, 인간 IgG, MeCP2, P53 단백질 및 MBD2 단백질(New England Biolabs, 미국)을 각각 처리하여 mCpG에 특이적으로 결합하는지 확인하였다. In addition, after hybridization of the p53 promoter and the p53 promoter containing the mCpG portion, human IgG, MeCP2, P53 protein and MBD2 protein (New England Biolabs, USA) were individually treated to confirm binding specifically to mCpG.
그 결과, PNA 프로브에 비특이적인 서열인 DNA 1, DNA 2 및 DNA 3의 경우 최대 파장이동 정도가 미미한 수준인 반면, p53 프로모터를 처리하였을 때, 최대 파장 이동값이 급격히 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, MBD2를 나노플라즈모닉 센서에 주입한 경우만 최대파장 이동값이 변하는 것을 확인하여, p53 프로모터의 mCpG를 특이적으로 인식하여 결합하는 것을 확인하였다 (도 4). As a result, it was confirmed that the maximum wavelength shift of
MeCP2의 경우 MBD2와 마찬가지로 mCpG를 인식하는 것으로 알려져 있으나, MeCP2는 mCpG 주변의 A/T 서열의 존재여부에 의해 많은 영항을 받기 때문에, p53 프로모터상의 mCpG를 검출하는데는 적합하지 않은 것을 확인하였다.
MeCP2 is known to recognize mCpG as well as MBD2, but MeCP2 is not suitable for detection of mCpG on the p53 promoter because it is influenced by the presence of A / T sequence around mCpG.
PNAPNA
프로브Probe
및 메틸화된 And methylated
p53p53
프로모터 결합에 따른 파장 변화 및 Changes in wavelength due to promoter binding and
MBD2MBD2
단백질 처리 농도 확인 Confirm protein concentration
3-1 : 수직 또는 수평 방향에 따른 3-1: Depending on the vertical or horizontal direction PNAPNA 프로브Probe 고정화 정도 확인 Confirm immobilization degree
본 발명에서는 검출 목적에 따라, 금 나노스타 표면에 PNA 프로브를 수직 또는 수평으로 고정화시켜 사용하였다 (도 5). PNA 프로브의 고정화의 경우, 금 나노스타 표면에 고정된 OEG6 -COOH의 -COOH와 PNA 프로브 5' 말단에 존재하는 -NH2가 반응하여 결합하는 것으로, PNA 프로브를 금 나노스타의 표면에 수평으로 고정시키기 위해서, PNA 프로브 서열 내에 -NH2가 두 군데 정도 위치하도록 변형시켜 합성하였다 (C3-NH2 linker 사용). In the present invention, a PNA probe was vertically or horizontally immobilized on a gold nanostar surface according to the purpose of detection (FIG. 5). In the immobilization of the PNA probe, -COOH of OEG 6 - COOH immobilized on the gold nanostar surface reacts with -NH 2 present at the 5 'end of the PNA probe, and the PNA probe is horizontally (Using a C 3 -NH 2 linker) to modify the position of -NH 2 in the PNA probe sequence to two positions.
금 나노스타 표면에 수직 또는 수평으로 고정된 PNA의 고정 효율을 분석하기 위해, 실시예 2의 서열번호 6에 해당하는 PNA 프로브를 이용하였다. 수직으로 결합하는 PNA 프로브의 경우, 5' 말단에만 -NH2기를 도입하였으며, 수평으로 결합하는 PNA 프로브의 경우, 5' 말단뿐만 아니라 PNA 서열 내에 감마(γ)결합 위치 2 군데에 -NH2기(서열에서 *로 표시된 부분)를 도입하여 PNA 프로브를 제작하였다. In order to analyze the fixing efficiency of the PNA fixed vertically or horizontally on the gold nanostar surface, the PNA probe corresponding to SEQ ID NO: 6 of Example 2 was used. In the case of vertically binding PNA probes, the -NH 2 group was introduced only at the 5 'end, and in the case of the horizontally binding PNA probe, the -NH 2 group at two sites of gamma (γ) bonding in the PNA sequence as well as the 5' (Indicated by * in the sequence) was introduced to prepare a PNA probe.
적외선 분광법(Fourier transform infrared spectroscopy; FT-IR)를 이용하여 OEG6COOH로 기능화된 금 나노스타 표면에 EDC/NHS 커플링제를 처리하였을 때, PNA가 고정된 것을 확인하였으며(도 6A), 금나노스타에 PNA-dsp53 프로모터 복합체가 형성된 것을 전기영동(도 6B)을 통해 확인하였다.
When the EDC / NHS coupling agent was treated with a gold nanostar surface functionalized with OEG 6 COOH using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), it was confirmed that PNA was immobilized (FIG. 6A) The formation of the PNA-dsp53 promoter complex on the star was confirmed by electrophoresis (Fig. 6B).
3-2 : 금 3-2: Gold 나노스타Nanostar 표면에 수직 Vertical to surface 결합된Combined PNAPNA 프로브를The probe 이용하였을 때, 메틸화된 When used, methylated p53p53 프로모터 및 Promoter and MBD2MBD2 결합에 따른 파장 이동 정도 확인 Confirmation of wavelength shift due to coupling
실시예 1에서 제조한 나노플라즈모닉 바이오센서에 PNA 프로브를 수직으로 금 나노스타 표면에 고정시킨 후, 메틸화된 p53 프로모터 및 MBD2를 주입하였을 때의 파장변화를 측정하였다. PNA probes were immobilized on the gold nanostar surface perpendicularly to the nanoplasmonic biosensor prepared in Example 1, and the changes in wavelength when the methylated p53 promoter and MBD2 were injected were measured.
메틸화된 p53 프로모터(mdsp53) 및 PNA 프로브는 표 2의 서열을 사용하였으며, PNA 프로브는 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 금 나노스타 표면의 OEG6COOH와 결합시켰다. mdsp53 프로모터는 챔버 안으로 주입하여 52℃, pH5.4에서 2시간 동안 반응시켰으며, 비특이적인 결합을 방지하기 위해 온도를 64℃로 올리고, 염화나트륨 농도는 100mM로 처리하였다. 이 후, 부착되지 않은 mdsp53 프로모터를 제거하기 위해 이온수로 3번 세척한 다음, MBD2(New England Biolabs, 미국)를 챔버안으로 주입한 후, p53 프로모터의 mCpG 부분과 결합시키기 위해 37℃, pH7.4 조건으로 반응시켰다. The methylated p53 promoter (mdsp53) and the PNA probe used the sequence in Table 2, and the PNA probe was bound to OEG 6 COOH on the gold nanostar surface in the same manner as in Example 1. The mdsp53 promoter was introduced into the chamber and reacted at 52 캜, pH 5.4 for 2 hours. To prevent nonspecific binding, the temperature was raised to 64 캜 and the sodium chloride concentration was treated to 100 mM. Thereafter, MBD2 (New England Biolabs, USA) was injected into the chamber after washing with ionized water three times to remove the unattached mdsp53 promoter, followed by incubation at 37 [deg.] C and pH 7.4 to bind the mCpG portion of the p53 promoter Lt; / RTI >
고정화가 이루어지는 각 단계마다 암시야 공명 현미경을 이용한 광 산란(Light scattering) 스펙트럼 측정하였으며, 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)을 계산하였다. Light scattering spectra were measured using a dark field resonance microscope at each step of immobilization, and the LSPR scattering maximum wavelength shift (λ max ) obtained from the change in the refractive index of a single gold nanoparticle was calculated.
그 결과, 고정화 단계마다 최대 파장이 오른쪽으로 이동함을 확인하였으며, PNA와 mdsp53의 혼성화였을 경우 및 mCpG에 MBD2가 결합하였을 때 플라즈모닉 파장이 금 나노스타에 비해 각각 33.8nm 및 49.5nm으로 레드파장 쪽으로 이동한 것을 확인하였다 (도 7A).As a result, it was confirmed that the maximum wavelength shifts to the right for each immobilization step. When the hybridization of PNA and mdsp53 and MBD2 to mCpG were combined, the plasmonic wavelength was 33.8 nm and 49.5 nm, respectively, (Fig. 7A).
또한, 최적 MBD2의 처리 농도를 확인하기 위해, 5 x 10-6 fM 내지 125 x 106 fM 농도로 처리하여 최대파장 이동값을 확인한 결과, 농도 의존적으로 최대파장 이동값이 증가하는 것을 확인하였으며, 125 fM에서 16.3nm의 LSPR λmax이동이 관찰되어 현저한 민감도를 보이는 것을 확인하였다 (도 7C 및 도 7D).
In order to confirm the treatment concentration of the optimal MBD2, the maximum wavelength shift value was examined by treating the concentration of 5 × 10 -6 fM to 125 × 10 6 fM. As a result, it was confirmed that the maximum wavelength shift value increased in a concentration- LSPR lambda max shift of < RTI ID = 0.0 > 16.3 < / RTI > nm was observed at 125 fM and was found to exhibit significant sensitivity (Figs. 7C and 7D).
3-3 : 메틸화 수에 따른 파장 변화 측정 및 메틸화 수 의존적 3-3: Measurement of the wavelength change according to the number of methylations and the number of methylation dependent LSPRLSPR 포화정도Degree of saturation 확인 Confirm
프로모터(표적핵산) 내에 존재하는 mCpG 수에 따른 LSPR 최대파장 이동정도 및 LSPR 최대파장 이동의 포화정도를 결정하기 위해 DNA 서열상에 mCpG가 1개 내지 4개가 존재하도록 표 3의 서열과 같이 타겟 DNA 및 이에 따른 PNA 서열을 합성하였다 (바이오니아, 한국).
In order to determine the degree of LSPR maximum wavelength shift and the degree of saturation of LSPR maximum wavelength shift according to the number of mCpG present in the promoter (target nucleic acid), 1 to 4 mCpGs were present on the DNA sequence. And corresponding PNA sequences were synthesized (Biona, Korea).
5'-CTTTCGTTCCTC mCG GCAGGCGGATCGCTAA-3 '
5'-CTTTCGTTCCTC mCG GCAGG mCG GATCCGTAA-3 '
5'-CTTT mCG TTCCTC mCG GCAGG mCG GATCCGTAA-3 '
5'-CTTT mCG TTCCTC mCG GCAGG mCG GATC mCG TAA-3
5'-NH 2 -linker-GAGGAACGAAAG- 3 '
본 발명에서 사용한 30nm 크기의 금 나노스타는 표면으로부터 약 20nm에 해당하는 부분이 플라즈몬 민감 지역이며, 상기에서 각각의 mCpG를 포함하고 있는 각각의 서열은 30bp길이를 가지므로, 약 10.3nm(10bp당 약 3.4nm)에 해당하며 표면 플라즈몬 공명 영역의 민감지역에 포함된다 (도 8A).The gold nanostar used in the present invention has a region corresponding to about 20 nm from the surface as a plasmon sensitive region. Since each of the sequences containing each mCpG has a length of 30 bp, about 10.3 nm (10 bp About 3.4 nm) and is included in the sensitive region of the surface plasmon resonance region (Fig. 8A).
메틸화된 CpG의 수에 따라 최대 파장 이동값의 변화를 확인한 결과, 메틸화된 CpG에 의존적으로 최대 파장 이동값이 증가하는 것을 확인하였으며, 메틸화된 CpG 부위가 3개 및 4개가 존재할 때 최대파장 이동값은 각각 24nm 및 24.8nm을 보여 LSPR 스펙트럼 이동의 포화정도를 확인할 수 있었다 (도 7B).
As a result of confirming the change of the maximum wavelength shift value according to the number of methylated CpG, it was confirmed that the maximum wavelength shift value was increased depending on the methylated CpG, and when there were 3 and 4 methylated CpG sites, Were 24 nm and 24.8 nm, respectively, and the degree of saturation of the LSPR spectral shift was confirmed (Fig. 7B).
3-4 : 금 3-4: Gold 나노스타Nanostar 표면 수직 또는 수평 Surface vertical or horizontal 결합된Combined PNAPNA 프로브에In the probe 따른 프로모터 내의 In the promoter mCpGmCpG 위치 확인 Location verification
프로모터(표적핵산) 내에 존재하는 mCpG 위치에 따른 LSPR 최대파장 이동도를 측정하기 위해, p53 프로모터의 213-BAP 지역에 존재하는 4개의 mCpG 위치인 전사시작위치(+1)로부터 업스트림 전사조절부분의 -105, -77, -35 및 +1위치에 각각 mCpG가 포함되도록 서열을 제조하였다 (표 4).
In order to measure the LSPR maximum wavelength mobility according to the mCpG position in the promoter (target nucleic acid), from the transcription start position (+1) at the four mCpG positions in the 213-BAP region of the p53 promoter, Sequences were prepared so that mCpG was included at positions -105, -77, -35, and +1, respectively (Table 4).
(상기 *은 PNA 프로브 서열 내에 -NH2기가 도입된 부분)(* Above is the portion into which the -NH 2 group is introduced in the PNA probe sequence)
또한, 상기 p53 프로모터에 특이적인 PNA 프로브 서열을 합성하여, 금 나노스타에 수직으로 고정시킨 다음, p53 프로모터를 챔버 안에 주입하여 PNA 프로브와의 혼성화를 유도하였지만, 결합할 때의 동적인 에너지 변화로 인해 PNA 프로브가 금 나노스타로부터 분리되는 경우가 발생하였다. PNA 프로브를 안정적으로 금 나노스타에 고정시키기 위해, PNA 서열 내에 감마(γ)결합 위치 2 군데에 -NH2기(상기 서열에서 *로 표시된 부분)를 도입하여 PNA 프로브를 제작하였으며, p53 프로모터는 여전히 금 나노스타 표면에 수직으로 결합시키기 위해, PNA 프로브는 p53 프로모터의 5' 말단에 결합하도록 제작하였다 (도 8B). In addition, a PNA probe sequence specific to the p53 promoter was synthesized, immobilized vertically on gold nanostars, and then p53 promoter was introduced into the chamber to induce hybridization with the PNA probe. However, Resulting in the separation of PNA probes from gold nanostars. In order to stably immobilize the PNA probes on gold nanostars, PNA probes were prepared by introducing -NH 2 groups (marked with * in the above sequence) at two sites of gamma (?) Binding sites in the PNA sequence. To still bind perpendicularly to the gold nanostar surface, a PNA probe was made to bind to the 5 ' end of the p53 promoter (Fig. 8B).
수평으로 결합하는 PNA 프로브의 경우, p53 프로모터의 가운데 부분에 결합하도록 합성하였으며, PNA 서열 내에 2 군데에 -NH2기(상기 서열에서 *로 표시된 부분)를 도입하여 PNA 프로브를 제작하였다.In the case of a horizontally binding PNA probe, it was synthesized to bind to the middle portion of the p53 promoter, and a -NH 2 group (indicated by * in the above sequence) was introduced at two sites in the PNA sequence to prepare a PNA probe.
그 다음, 실시예 1에서 제조한 나노플라즈모닉 바이오센서에 PNA 프로브를 주입하여 금 나노스타 표면에 수직 또는 수평으로 고정되도록 한 후, 상기에서 제작한 -105, -77, -35 및 +1위치에 각각 mCpG가 포함되도록 제조한 p53 프로모터를 주입하여 금 나노스타-PNA 프로브-p53 프로모터 복합체가 형성되도록 하였다. 그 후 MBD2를 처리하여 p53 프로모터 상의 mCpG에 결합하도록 유도한 뒤, 암시야 공명 현미경을 이용한 광 산란(Light scattering) 스펙트럼 측정하여, LSPR 산란 최대 파장 이동값(λmax)을 계산하였다. Then, the PNA probe was injected into the nanoplasmonic biosensor prepared in Example 1 to be fixed vertically or horizontally on the surface of the gold nanostar. Then, the -105, -77, -35, and +1 positions Were injected into each well to form a gold nanostar-PNA probe-p53 promoter complex. MBD2 was then treated to induce binding to mCpG on the p53 promoter and light scattering spectra were measured using a dark field resonance microscope to calculate the LSPR scatter maximum wavelength shift (λ max ).
그 결과, PNA 프로브를 수직으로 금 나노스타 표면에 고정시킨 경우에는 최대 파장 이동값이 p53 프로모터 상의 -105, -77, -35 및 +1위치에 따라 각각 16.5 nm, 15.2 nm, 13.8 nm, 13.2 nm을 나타내는 것을 확인하였다 (도 9A). 즉 10bp의 길이를 3.4nm로 계산하여 mCpG-MBD2 결합된 부분의 위치를 계산하면 금 나노스타로 부터 각각 6.1nm, 14.5nm, 28.8nm, 35.7nm 떨어져있는 것을 확인할 수 있으며, 금 나노스타로부터의 mCpG의 위치에 따라 최대 파장 이동값에 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. As a result, when the PNA probe was immobilized on the gold nanostar surface vertically, the maximum wavelength shift value was found to be 16.5 nm, 15.2 nm, 13.8 nm, 13.2 nm according to the -105, -77, -35 and +1 positions on the p53 promoter, nm (Fig. 9A). In other words, when the length of 10 bp was calculated to be 3.4 nm and the position of the mCpG-MBD2-bonded portion was calculated, it was confirmed that the positions were 6.1 nm, 14.5 nm, 28.8 nm and 35.7 nm from the gold nanostar, It was confirmed that the difference of the maximum wavelength shift occurs depending on the position of mCpG.
반면, PNA 프로브를 수평으로 금 나노스타 표면에 고정시킨 경우에는 최대 파장 이동값은 약 16.5nm로, mCpG 위치변화에 따른 최대 파장 이동정도가 서로 비슷하게 나타나는 것을 확인하였다 (도 9B). 이는 수평고정된 PNA 프로브와 p53 프로모터의 혼성화는 mCpG 위치에 상관없이 금 나노스타로부터의 길이가 같기 때문에 p53 프로모터의 mCpG 위치에 영향을 받지 않기 때문으로 판단된다.
On the other hand, when the PNA probe is fixed horizontally on the gold nanostar surface, the maximum wavelength shift value is about 16.5 nm, and the maximum wavelength shift according to the mCpG position change is similar (FIG. 9B). This is because hybridization of the horizontally fixed PNA probe and the p53 promoter is not influenced by the mCpG position of the p53 promoter because the length from the gold nanostar is the same regardless of the mCpG position.
나노플라즈모닉Nanoplasmic
바이오센서를 이용한 메틸화된 Using methylated biosensor
p53p53
프로모터 및 Promoter and
MBD2MBD2
다중 검출 Multiple detection
4-1 : 메틸화된 4-1: methylated p53p53 프로모터 및 Promoter and MBD2MBD2 다중 검출을 위한 재료 준비 Preparation of materials for multiple detection
실제 세포주에서의 p53프로모터의 메틸화 정도 및 MBD2의 과발현 여부를 판단하기 위해, HEK 293 세포(Hk; CRL-1573™) 및 HeLa 세포(He; CCL-2™)를 이용하여 실험을 수행하였다. Experiments were conducted using
먼저, HeLa cell(He; CCL-2™) 및 HEK-293 cell(Hk; CRL-1573™)의 지노믹 DNA는 AccuPrep R Genomic DNA Extract Kit (바이오니아, 한국)를 사용하여 매뉴얼을 바탕으로 분리하였다. p53 프로모터의 BAP 지역을 포함하는 358bp를 수득하기 위해 XbaI (TCTAGA, 427/431; New England Biolabs, 미국) 및 BamHI (GGATCC, 73/77; New England Biolabs, 미국)를 처리하였으며, 양성대조군은 실시예 2-2에서 CpG 메틸트랜스퍼레이즈(M.SssI; NEB biolabs, MA, USA)를 사용하여 모든 CpG를 메틸화시킨 서열을 사용하였다. First, HeLa cell (He; CCL- 2 ™) and HEK-293 cell (Hk; CRL -1573 ™) in the genomic DNA is AccuPrep R Genomic DNA Extract Kit (Bioneer, Korea) was used to isolate based on the manual. (TCTAGA, 427/431; New England Biolabs, USA) and BamHI (GGATCC, 73/77; New England Biolabs, USA) were used to obtain 358 bp containing the BAP region of the p53 promoter and a positive control In Example 2-2, a sequence in which all CpGs were methylated using CpG methyltransferase (M.SssI; NEB biolabs, MA, USA) was used.
각 세포의 MBD2 단백질은 시중에 판매되는 재조합 MBD2 단백질(NEB, 미국)과 HEK 293 세포(Hk; CRL-1573™) 및 HeLa 세포(He; CCL-2™)의 핵 추출물을 이용하였다. MBD2 protein of each cell used nuclear extracts of commercially available recombinant MBD2 protein (NEB, USA),
추후, 본 발명의 나노플라즈모닉 바이오센서로 측정한 각 세포의 p53 프로모터의 메틸화 정도 및 MBD2의 발현정도를 측정하였을 때, 값에 대한 신뢰성을 판단하기 위해, HeLa 세포 및 HEK 293 세포의 총 메틸화 정도 및 핵 추출물 속에 포함된 MBD2 농도를 측정하였다.When the degree of methylation of the p53 promoter and the expression level of MBD2 in each cell measured by the nanoplasmonic biosensor of the present invention were measured, the degree of methylation of HeLa cells and
실험에서 사용한 HeLa 세포 및 HEK 293 세포의 총 메틸화 정도를 측정하기 위해, Imprint® Methylated DNA Quantification kit(Sigma Aldrich, 미국)를 이용하여 어세이를 수행하였으며, 그 결과 HeLa 세포가 HEK 293 세포에 비해 메틸화 정도가 높은 것을 확인하였다 (도 10A). 또한, HeLa 세포 및 HEK 293 세포의 핵 추출물 속에 포함된 MBD2 단백질은 MBD2 단백질에 특이적인 항체를 이용하여 샌드위치 ELISA방법으로 측정하였으며, 그 결과 HeLa 세포에서 MBD2 단백질이 높은 수준으로 발현되는 것을 확인하였다 (도 10B)
To determine the total degree of methylation of HeLa cells and
4-2 : 메틸화된 4-2: methylated p53p53 프로모터 및 Promoter and MBD2MBD2 다중 검출 Multiple detection
HeLa 세포가 HEK 293 세포의 p53 프로모터를 인지할 수 있는 PNA 프로브를 제작하였으며, 금 나노스타 표면에 PNA 프로브를 안정적으로 결합시키기 위해 PNA 프로브 내부에 PNA 서열 내에 2 군데에 -NH2기(서열에서 *로 표시된 부분)가 도입되로록 제작하였다. In order to stably bind the PNA probe to the gold nanostar surface, a PNA probe capable of recognizing the p53 promoter of the
[서열번호 22][SEQ ID NO: 22]
PNA 프로브 : 5'-CTGAGA(*)GCAAACGC(*)AAAA-3 PNA probe: 5'-CTGAGA (*) GCAAACGC (*) AAAA-3
(서열에서 *로 표시된 부분은 -NH2기가 도입된 부분)(The part marked with * in the sequence is the part where the -NH 2 group is introduced)
폐쇄형 챔버안에서 유리 기판 위에 고정된 금 나노스타 표면에 PNA 프로브를 안정적으로 결합시키기 위해 상기 PNA 프로브(서열번호 22)를 고정시킨 후, 실시예 4-1에서 분리한 p53 프로모터 단편을 각각 챔버 안으로 주입하고 52 ℃, pH5.4에서 2시간 동안 반응시킨 다음, 100mM 염화나트륨을 처리하고 온도를 64℃로 증가시켜 비특이적인 반응을 제거하였다. 양성 대조군으로 표 2의 모든 CpG를 메틸화시킨 p53 프로모터를 사용하였다. After the PNA probe (SEQ ID NO: 22) was immobilized to stably bind the PNA probe to the gold nanostar surface fixed on the glass substrate in the closed chamber, the p53 promoter fragment isolated in Example 4-1 was inserted into the chamber Injected 52 Deg.] C, pH 5.4 for 2 hours, then treated with 100 mM sodium chloride and the temperature was increased to 64 [deg.] C to remove the nonspecific reaction. As a positive control, the p53 promoter obtained by methylation of all CpG in Table 2 was used.
그 후, 실시예 4-1에서 분리한 HeLa 세포 및 HEK 293 세포의 핵 추출물 및 125fM의 MBD2 단백질(양성 대조군 및 mCpG detector; NEB, 미국)을 각각 챔버 안으로 주입한 다음, 37℃에서 2시간 동안 반응시키고, 암시야 공명 현미경을 이용한 광 산란(Light scattering) 스펙트럼 측정하여, LSPR 산란 최대 파장 이동값(Δλmax)을 계산하였다. Then, nuclear extracts of HeLa cells and
HeLa 세포 및 HEK 293 세포의 p53 프로모터가 PNA 프로브와 결합했을 때와, p53 프로모터 내의 mCpG에 MBD2가 결합했을 때의 스페트럼 변화를 암시야 현미경으로 관찰하였을 때, HeLa 세포의 p53 프로모터(He-dsp53)은 양성 대조군(mdsp53)과 유사한 수준으로 파장의 이동이 관찰되었으나, HEK293 세포의 p53 프로모터의 경우 파장 이동이 미미한 것을 확인하였다 (도 11). 이는 실시예 4-1의 도 10A의 총 메틸화 정도와 유사한 결과로, HeLa 세포의 p53 프로모터 내에 메틸화된 CpG가 높은 수준으로 존재하는 것을 의미하며, HEK293 세포의 경우 p53 프로모터 내 메틸화된 CpG가 거의 존재하지 않는 것을 의미한다.When the p53 promoter of HeLa cells and
p53의 프로모터의 메틸화 정도와 MBD2의 동시 검출에 있어서, 도 12A 나타난 바와 같이, HeLa 세포의 p53 프로모터에 각각의 MBD2를 반응시킨 경우 재조합 MBD2(Rec MBD2), He-MBD2, Hk-MBD2에서 각각 21.5nm, 17.0nm, 2.9nm의 최대 파장 이동값을 보여 HeLa 세포에서 MBD2가 과발현되는 것을 확인하였으며, 이는 실시예 4-1의 도 10B의 MBD2 정량 값과 유사한 것을 확인하였다. In the simultaneous detection of the degree of methylation of p53 promoter and MBD2, when MBD2 was reacted with HeLa cell p53 promoter as shown in Fig. 12A, recombinant MBD2 (Rec MBD2), He-MBD2 and Hk-MBD2 showed 21.5 nm, 17.0 nm, and 2.9 nm, indicating that MBD2 was overexpressed in HeLa cells, which was confirmed to be similar to the MBD2 quantitation value of FIG. 10B of Example 4-1.
HEK293 세포의 p53 프로모터에 각각의 MBD2를 반응시킨 경우에는, 재조합 MBD2(Rec MBD2), He-MBD2, Hk-MBD2에서 각각 3.0nm, 2.0nm, 2.1nm의 최대 파장 이동값을 보이는 것을 확인하였으며, 이는 HEK293 세포의 p53 프로모터 내에 메틸화 된 부분이 거의 없어 MBD2 처리에 따른 파장의 변화가 크지 않기 때문이라고 볼 수 있다.
When the respective MBD2 was reacted with the p53 promoter of HEK293 cells, it was confirmed that the maximum wavelength shift values of recombinant MBD2 (Rec MBD2), He-MBD2 and Hk-MBD2 were 3.0 nm, 2.0 nm and 2.1 nm, This is because there is almost no methylated portion in the p53 promoter of HEK293 cells, and the wavelength change due to MBD2 treatment is not large.
4-3 : 4-3: HeLaHeLa 세포 및 Cells and HEK293HEK293 세포의 Cell p53p53 프로모터 내 Within the promoter mCpGmCpG 수 측정 Number measurement
HeLa 세포 및 HEK293 세포의 p53 프로모터 내 mCpG 수 측정하기 위한 실험의 경우, 세포 성장기의 세포를 사용하게 되면, DNA 복제과정 동안 메틸화가 발생하지 않기 때문에 정확한 mCpG 수 측정이 불가능하므로, 본 실험에서는 세포 성장 정체기에 실시예 4-1의 방법으로 p53 프로모터를 분리하였으며, 세포마다 메틸화된 정도에 차이가 발생하므로, 각각 15개의 샘플에서 p53 프로모터를 분리하였다. In the experiment for measuring the mCpG number in the p53 promoter of HeLa cells and HEK293 cells, it is impossible to measure the mCpG number accurately since methylation does not occur during the DNA replication process when cells of the cell growing period are used. Therefore, The p53 promoter was isolated by the method of Example 4-1 in stasis, and the degree of methylation was different in each cell. Therefore, the p53 promoter was isolated from each of 15 samples.
또한, HeLa 세포 및 HEK 293 세포의 p53 프로모터는 내에 존재하는 mCpG 수를 정확히 측정하기 위해, 폐쇄형 챔버 안에서 유리 기판 위에 고정된 금 나노스타에 PNA 서열 내에 2 군데에 -NH2기가 도입된 PNA 프로브(서열번호 22)를 고정시켜 실험을 수행하였다.Further, in order to accurately measure the number of mCpG present in the p53 promoter of HeLa cells and
그 후, HeLa 세포 및 HEK 293 세포의 핵 추출물 및 125fM의 MBD2 단백질(양성 대조군 및 mCpG detector; NEB, 미국)을 각각 챔버 안으로 주입한 다음, 37℃에서 2시간 동안 반응시키고, 암시야 공명 현미경을 이용한 광 산란(Light scattering) 스펙트럼 측정하여, LSPR 산란 최대 파장 이동값(Δλmax)을 계산하였다. Then, the nuclear extracts of HeLa cells and
그 결과, HeLa 세포의 p53 프로모터 내에 대략적인 mCpG를 측정할 수 있으며, HEK293 세포의 경우, 2개의 샘플을 제외하고는 p53 프로모터 내에는 메틸화가 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있었다 (도 12B).
As a result, approximately mCpG could be measured in the p53 promoter of HeLa cells, and in the case of HEK293 cells, it was confirmed that methylation was not performed in the p53 promoter except for two samples (Fig. 12B).
p53p53 프로모터 상의 전자인자 바인딩 도메인( The electron-binding domain on the promoter ( transcrptiontranscrption factorfactor bindingbinding domain)의 메틸화에 따른 전사인자의 입체장애 domain) of the transcription factor by methylation of the transcription factor 모니터링monitoring
각각의 기본 프로모터 활성 지역(-213 ~ +1) 및 짧은 RNA 인코딩 DNA 절편(+1 ~ +30)을 포함하는 메틸화된 전사인자 바인딩 도메인 서열은(HeLa 세포에서 분리한 샘플) PNA 프로브(서열번호 20)가 수평으로 고정된 금 나노스타와 반응시켜 커버글라스 위에 고정시켰다. 125fM의 재조합 MBD2를 챔버 안으로 주입시킨 다음, 1시간 동안 반응시키고, 0.5X PBS 버퍼로 세척하여 결합하지 않은 MBD2를 제거하였다. AP-1(AP1S2; Mybiosource, 미국), NF-κB(p50; Sigma Aldrich , 미국), YY-1(P01; Abnova, 대만), c-Myc (SRP 2089-5UG; Sigma Aldrich , 미국) 각각의 전사인자 및 RNA polymerase Ⅱ(p33서브 유닛; Sigma Aldrich , 미국)을 반응 챔버 안으로 주입시킨 다음, 1시간 동안 반응시켰다. The methylated transcription factor binding domain sequence containing each of the basic promoter active regions (-213 to +1) and the short RNA-encoding DNA fragment (+1 to +30) is a PNA probe (SEQ ID NO: 20) was immobilized on a cover glass by reacting with gold nanostar fixed horizontally. 125 fM recombinant MBD2 was injected into the chamber, reacted for 1 hour, and washed with 0.5X PBS buffer to remove unbound MBD2. (AP1S2; Mybiosource, USA), NF-κB (p50; Sigma Aldrich, USA), YY-1 (P01; Abnova, Taiwan), c-Myc (SRP 2089-5UG; Sigma Aldrich, USA) The transcription factor and RNA polymerase II (p33 subunit; Sigma Aldrich, USA) were injected into the reaction chamber and reacted for 1 hour.
MBD2가 결합되어 있는 메틸화된 전사인자 바인딩 도메인 상의 전사인자 결합 속도는 LSPR 스펙트럼의 최대파장 이동정도를 측정하였다. The rate of transcription factor binding on the methylated transcription factor binding domain to which MBD2 was coupled measured the maximum wavelength shift of the LSPR spectrum.
그 결과, MBD2를 결합시켰을 때, 16.3nm의 최대파장이 이동하는 것을 측정하였으나, 전사인자를 반응시켰을 때 붉은 파장으로 더 이상의 이동은 없는 것을 관찰하였다(도 13). 이는 MBD2가 전사인자 바인딩 도메인의 mCpG에 완전히 결합하여, 입체장애로 인해 중요한 전사인자의 결합이 이루어지지 못했기 때문으로 판단된다.
As a result, it was observed that the maximum wavelength of 16.3 nm was shifted when MBD2 was bound, but it was observed that when the transcription factor was reacted, there was no further migration to the red wavelength (FIG. 13). This suggests that MBD2 is completely bound to mCpG of the transcription factor binding domain and that important transcription factors are not coupled due to steric hindrance.
p53p53 프로모터의 메틸화에 따른 전사속도 측정 Measurement of transcription rate by methylation of promoter
본 발명에서 p53 프로모터의 메틸화에 따른 전사속도를 측정하기 위해, MBD2 존재하에 메틸화된 프로모터상에서 RNA 중합효소(RNAP Ⅱ)의 결합 속도를 측정하였다. In the present invention, the binding rate of RNA polymerase (RNAP II) was measured on the methylated promoter in the presence of MBD2 in order to measure the transcription rate upon methylation of the p53 promoter.
먼저, 엑손 1(+1 에서 +30)이 포함된 mdsp53 프로모터 및 임상적 샘플에서 분리한 메틸화되지 않은 dsp53 프로모터를 PNA가 고정된 금 나노스타와 혼성화 시켰다. 그 다음, MBD2를 챔버 안으로 주입한 후, 37 ℃에서 3분동안 전 반응시킨 다음, 각각의 전사인자(AP-1, NF-κB, YY-1, c-Myc) 및 리보뉴클레오타이드를 첨가하여 전사 반응을 유도하였다. First, the mdsp53 promoter containing exons 1 (+1 to +30) and the unmethylated dsp53 promoter isolated from clinical samples were hybridized with PNA-immobilized gold nanostars. MBD2 is then injected into the chamber, and 37 (AP-1, NF-κB, YY-1, c-Myc) and ribonucleotides were added to induce a transcription reaction.
스펙트럼 변화를 측정하여 전사 속도를 측정한 결과, 표 5 및 도 14에 나타난 바와 같이, 메틸화된 p53 프로모터의 경우, MBD2결합에 개시전 복합체(pre-initiation complex)가 형성이 저해되어 메틸화되지 않은 p53 프로모터에 비해 LSPR 최대 파장 이동 변화가 크지않은 것을 확인하였다 (도 15 A 및 B). MBD2의 존재 여부에 따른 파장 변화는 MBD2 결합에 따른 차이로 판단된다. As shown in Table 5 and Fig. 14, in the case of the methylated p53 promoter, formation of a pre-initiation complex was inhibited in MBD2 binding, and the methylation-free p53 promoter The change in the maximum wavelength shift of the LSPR was not large (Figs. 15A and 15B). The wavelength change depending on the presence of MBD2 is judged as a difference due to MBD2 binding.
전사활성 분석은 송민선 등의 논문에 기재된 내용을 참고로(Min Sun Song et al., Adv . Mater ., 25:1265, 2013) 분석하였다. 반응속도 상수는 k= ln2/t1 /2(수학식 2)을 이용하여 측정하였으며, The transcriptional activity analysis was analyzed by Min Sun Song et al., Adv . Mater ., 25: 1265, 2013). The reaction rate constant was measured by using the k = ln 2 / t 1/ 2 ( equation 2),
상기의 반응속도를 이용해 프로모터의 활성을 분석하기 위해 프로모터의 활성을 나타내는 식 v=ktK을 다음과 같은 가정들로 인해 하기와 같은 수학식 3으로 변경하여 분석하였다.In order to analyze the activity of the promoter using the above reaction rate, the expression v = k t K, which expresses the activity of the promoter, was analyzed by changing to the following
[수학식 3]&Quot; (3) "
이때, k t 는 전사과정의 전체 반응속도 상수, K는 결합상수, RV는 상대 프로모터 활성, k b 는 프로모터에 대한 RNA 폴리머레이즈의 결합 속도 상수, Δλmax 는 단백질의 결합으로 인한 파장 이동 값, 아래 첨자 i는 각 변이 프로모터의 종류를 나타낸다. 스펙트럼의 파장 이동 값은 단백질의 결합 정도와 비례하기 때문에 이는 결합 친화도 즉, 결합상수의 척도가 될 수 있다.
At this time, k t K is the binding constant, RV is the relative promoter activity, k b The association rate constant of the RNA polymerase for the promoter raised, Δλ max Represents the wavelength shift due to binding of the protein, and the subscript i represents the type of each mutation promoter. Since the wavelength shift value of the spectrum is proportional to the degree of binding of the protein, it can be a measure of the binding affinity, that is, the binding constant.
HeLa 세포 및 HEK 세포로부터 p53 프로모터 및 메틸화된 전사인자 바인딩 도메인 p53 프로모터 (mAP-1 dsp53, mNF-kB dsp53, mYY1 dsp53)의 상대적 전사활성을 나노플라즈모닉 바이오센서로 측정하여 분석한 결과, 전사활성은 mAP-1, mNF-kB 및 mYY1에서 각각 43%, 35% 및 27%로 감소하였으며, he-dsp53, hk-dsp53 및 mdsp53는 메틸화 되지 않은 p53에 비해 각각 45%, 86% 및 29%의 활성을 보이는 것을 확인하였다 (도 15C 및 D).
The relative transcriptional activity of the p53 promoter and the methylated transcription factor binding domain p53 promoter (mAP-1 dsp53, mNF-kB dsp53, mYY1 dsp53) from HeLa cells and HEK cells was measured using a nanoplasmonic biosensor, Were reduced to 43%, 35% and 27% in mAP-1, mNF-kB and mYY1, respectively. He-dsp53, hk-dsp53 and mdsp53 were reduced to 45%, 86% and 29% (Fig. 15C and D).
또한, 전사가 시작된 경우에 MBD2에 의해 영향을 받는지 확인하기 위해, 나노플라즈모닉 센서의 챔버 내에 각각의 전사인자(AP-1, NF-κB, YY-1, c-Myc) 및 RNA 중합효소를 주입하여 전사반응을 먼저 유도한 뒤에, MBD2를 챔버 안으로 주입하여, MBD2에 따른 전사억제를 관찰하였다. 그 결과, 전사인자 바인딩 도메인에 mCpG가 존재하는 경우 최대파장 이동값이 감소하는 것을 확인하였으며(도 16), 이는 전사인자 바인딩 도메인의 mCpG에 MBD2가 결합함에 따라 RNA 합성과정의 초기에도 전사가 중지될 수 있음을 말해준다.
In order to confirm whether the transcription was initiated by MBD2, each transcription factor (AP-1, NF-κB, YY-1, c-Myc) and RNA polymerase was introduced into the chamber of the nanoplasmonic sensor After the induction of the transcription reaction, MBD2 was injected into the chamber, and the inhibition of transcription by MBD2 was observed. As a result, it was confirmed that when the mCpG was present in the transcription factor binding domain, the maximum wavelength shift value decreased (Fig. 16), indicating that MBD2 binds to mCpG of the transcription factor binding domain, Can be.
각 전사인자 바인딩 도메인의 메틸화에 따른 Following methylation of each transcription factor binding domain 후성유적학적Posthumous relational 매개 전사억제 측정 Mediated transcription inhibition measurement
각각의 전사인자 바인딩 도메인 내에 메틸화된 CpG가 존재함에 따른 후성유전학적 매개 전사억제 정도를 측정하기 위해, 메틸화되지 않은 p53 프로모터(서열번호 6), 메틸회된 p53 프로모터(양성대조군, 서열번호 5)와 메틸화된 mCpG를 포함하는 AP-1, NF-κB 전사인자 바인딩 도메인 서열(각각 서열번호 23 및 25, 표 6)을 이용하여 실험을 수행하였다.
No methylated p53 promoter (SEQ ID NO: 6), methylated p53 promoter (positive control, SEQ ID NO: 5) was used to measure the degree of suppression of epigenetic mediated transcription by the presence of methylated CpG in each transcription factor binding domain. And NF-κB transcription factor binding domain sequences (SEQ ID NOS: 23 and 25, Table 6, respectively), including the methylated mCpG.
(상기 *은 PNA 프로브 서열 내에 -NH2기가 도입된 부분)(* Above is the portion into which the -NH 2 group is introduced in the PNA probe sequence)
각각의 타겟 DNA에 특이적인 PNA 프로브를 수평으로 금 나노스타에 고정시킨 다음, 타겟 DNA를 챔버 안으로 주입하여 52℃, pH5.4에서 2시간 동안 반응시켰으며, 비특이적인 결합을 방지하기 위해 온도를 64℃로 올리고, 염화나트륨 농도는 100mM로 처리하였다. 그 다음, MBD2를 챔버 안으로 주입한 후, 37 ℃에서 3분동안 전 반응시킨 다음, 각각의 전사인자 및 리보뉴클레오타이드를 첨가하여 전사 반응을 유도하였다. PNA probes specific for each target DNA were immobilized on a gold nanostructure horizontally. Then, the target DNA was injected into the chamber and reacted at 52 ° C, pH 5.4 for 2 hours. To prevent non-specific binding, the temperature Lt; RTI ID = 0.0 > 64 C < / RTI > MBD2 is then injected into the chamber, and 37 Lt; 0 > C for 3 minutes, and then each transcription factor and ribonucleotide was added to induce a transcription reaction.
스펙트럼 변화를 측정한 결과, 전사인자 바인딩 도메인 내의 mCpG에 결합한 MBD2의 존재하에 메틸회된 p53 프로모터(mdsp53)와 메틸화된 mCpG를 포함하는 AP-1, NF-κB 전사인자 바인딩 도메인이 메틸화되지 않은 p53 프로모터(umdsp53)에 비해 전사속도가 감소하는 것을 확인하였다 (도 17).
As a result of measurement of spectrum change, AP-1 containing the methylated p53 promoter (mdsp53) and methylated mCpG in the presence of MBD2 bound to mCpG in the transcription factor binding domain, p53 without NF-κB transcription factor binding domain It was confirmed that the transcription rate was decreased as compared with the promoter (umdsp53) (Fig. 17).
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
<110> Korea University Research and Business Foundation <120> Methods for Detection Methylation on Promoter and Methods for Detection and Tracking Epigenetics Alterations by DNA methylation Using Nanoplasmonic Biosensor <130> P14-B045 <160> 26 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53Bac-F <400> 1 gggagaaaac gttagggtgt gg 22 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53Bac-R <400> 2 ccaatccagg gaagcgtgtc ac 22 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53P-F <400> 3 tgcaccctcc tccccaactc 20 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53P-R <400> 4 ctccctggac ggtggctcta g 21 <210> 5 <211> 213 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdsp53 promoter <220> <221> misc_difference <222> (6) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (9) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (62) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (69) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (96) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (124) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (175) <223> 5-methylcytosine <400> 5 caggtcggcg agaatcctga ctctgcaccc tcctccccaa ctccatttcc tttgcttcct 60 ccggcaggcg gattacttgc ccttacttgt catggcgact gtccagcttt gtgccaggag 120 cctcgcaggg gttgatggga ttggggtttt cccctcccat gtgctcaaga ctggcgctaa 180 aagttttgag cttctcaaaa gtctagagcc acc 213 <210> 6 <211> 213 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> umsp53 promoter <400> 6 caggtcggcg agaatcctga ctctgcaccc tcctccccaa ctccatttcc tttgcttcct 60 ccggcaggcg gattacttgc ccttacttgt catggcgact gtccagcttt gtgccaggag 120 cctcgcaggg gttgatggga ttggggtttt cccctcccat gtgctcaaga ctggcgctaa 180 aagttttgag cttctcaaaa gtctagagcc acc 213 <210> 7 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA for Mdsp53 promoter <220> <221> misc_difference <222> (1) <223> NH2 linker <400> 7 aatccgcctg ccgga 15 <210> 8 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA-1 (oligo from human GAPDH gene) (NCBI JN613429) <400> 8 tgcagcaatg cctcctgcac caccaactgc ttag 34 <210> 9 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA-2 (oligo from elongator complex gene 3)(NCBI) <400> 9 gacaaataca cacacagcct tgccgtgaat tg 32 <210> 10 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA-3 (Oligo from SP6 promoter) <400> 10 ggatgcatag cttgagtatt ctatagtgtc acctaaat 38 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 1 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <400> 11 ctttcgttcc tccggcaggc ggatcgctaa 30 <210> 12 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 2 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (20) <223> 5-methylcytosine <400> 12 ctttcgttcc tccggcaggc ggatccgtaa 30 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (5) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (20) <223> 5-methylcytosine <400> 13 ctttcgttcc tccggcaggc ggatccgtaa 30 <210> 14 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 4 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (5) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (20) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (26) <223> 5-methylcytosine <400> 14 ctttcgttcc tccggcaggc ggatccgtaa 30 <210> 15 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (1) <223> NH2-linker <400> 15 gaggaacgaa ag 12 <210> 16 <211> 123 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 1 mCpG site at -105 position <220> <221> misc_difference <222> (19) <223> 5-methylcytosine <400> 16 tccggcaggc ggattactcg cccttacttg tcatggcgac 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tgtgctcaag actggcgcta 120 aaa 123 <210> 20 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (4)..(5) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (11)..(12) <223> C3-NH2 linker <400> 20 aatccgcctg ccgga 15 <210> 21 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (6)..(7) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (14)..(15) <223> C3-NH2 linker <400> 21 ggtcgaaaca cggtcctc 18 <210> 22 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (6)..(7) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (14)..(15) <223> C3-NH2 linker <400> 22 ctgagagcaa acgcaaaa 18 <210> 23 <211> 97 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NF-kB <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <400> 23 gccaggagcc tcgcaggggt tgatgggatt ggggttttcc cctcccatgt gctcctggcg 60 ctaaaagttt tgagcttctc aaaagtctag agccacc 97 <210> 24 <211> 16 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NF-kB PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (13)..(14) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (7)..(8) <223> C3-NH2 linker <400> 24 gtccccaact acccta 16 <210> 25 <211> 91 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AP-1 <220> <221> misc_difference <222> (18) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (21) <223> 5-methylcytosine <400> 25 tatctacggc accaggtcgg cgagaatcct gactctgcac cctcctccct ggcgctaaaa 60 gttttgagct tctcaaaagt ctagagccac c 91 <210> 26 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AP-1 PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (5)..(6) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (13)..(14) <223> C3-NH2 linker <400> 26 cttaggactg agacg 15 <110> Korea University Research and Business Foundation <120> Methods for Detection Methylation on Promoter and Methods for Detection and Tracking Epigenetics Alterations by DNA methylation Using Nanoplasmonic Biosensor <130> P14-B045 <160> 26 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53Bac-F <400> 1 gggagaaaac gttagggtgt gg 22 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53Bac-R <400> 2 ccaatccagg gaagcgtgtc ac 22 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53P-F <400> 3 tgcaccctcc tccccaactc 20 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> P53P-R <400> 4 ctccctggac ggtggctcta g 21 <210> 5 <211> 213 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdsp53 promoter <220> <221> misc_difference <222> (6) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (9) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (69) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (96) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <124> <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <175> <223> 5-methylcytosine <400> 5 caggtcggcg agaatcctga ctctgcaccc tcctccccaa ctccatttcc tttgcttcct 60 ccggcaggcg gattacttgc ccttacttgt catggcgact gtccagcttt gtgccaggag 120 cctcgcaggg gttgatggga ttggggtttt cccctcccat gtgctcaaga ctggcgctaa 180 aagttttgag cttctcaaaa gtctagagcc acc 213 <210> 6 <211> 213 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> umsp53 promoter <400> 6 caggtcggcg agaatcctga ctctgcaccc tcctccccaa ctccatttcc tttgcttcct 60 ccggcaggcg gattacttgc ccttacttgt catggcgact gtccagcttt gtgccaggag 120 cctcgcaggg gttgatggga ttggggtttt cccctcccat gtgctcaaga ctggcgctaa 180 aagttttgag cttctcaaaa gtctagagcc acc 213 <210> 7 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA for Mdsp53 promoter <220> <221> misc_difference <222> (1) <223> NH2 linker <400> 7 aatccgcctg ccgga 15 <210> 8 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> DNA-1 (oligo from human GAPDH gene) (NCBI JN613429) <400> 8 tgcagcaatg cctcctgcac caccaactgc ttag 34 <210> 9 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> DNA-2 (oligo from elongator complex gene 3) (NCBI) <400> 9 gacaaataca cacacagcct tgccgtgaat tg 32 <210> 10 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> DNA-3 (Oligo from SP6 promoter) <400> 10 ggatgcatag cttgagtatt ctatagtgtc acctaaat 38 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> ≪ 223 > 1 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <400> 11 ctttcgttcc tccggcaggc ggatcgctaa 30 <210> 12 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> ≪ 223 > 2 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <20> <223> 5-methylcytosine <400> 12 ctttcgttcc tccggcaggc ggatccgtaa 30 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> ≪ 223 > 3 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (5) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <20> <223> 5-methylcytosine <400> 13 ctttcgttcc tccggcaggc ggatccgtaa 30 <210> 14 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <222> 4 mCpG DNA <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (5) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <20> <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference (26) <223> 5-methylcytosine <400> 14 ctttcgttcc tccggcaggc ggatccgtaa 30 <210> 15 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (1) <223> NH2-linker <400> 15 gaggaacgaa ag 12 <210> 16 <211> 123 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 1 mCpG site at -105 position <220> <221> misc_difference <222> (19) <223> 5-methylcytosine <400> 16 tccggcaggc ggattactcg cccttacttg tcatggcgac tgtccagctt tgtgccagga 60 gcctcgcagg ggttgatggg attggggttt tcccctccca tgtgctcaag actggcgcta 120 aaa 123 <210> 17 <211> 123 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 1 mCpG site at -77 position <220> <221> misc_difference <47> <223> 5-methylcytosine <400> 17 tccggcaggc ggattactcg cccttacttg tcatggcgac tgtccacgtt tgtgccagga 60 gcctcgcagg ggttgatggg attggggttt tcccctccca tgtgctcaag actggcgcta 120 aaa 123 <210> 18 <211> 123 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 1 site at -35 position <220> <221> misc_difference <222> (89) <223> 5-methylcytosine <400> 18 tccggcaggc ggattactcg cccttacttg tcatggcgac tgtccacgtt tgtgccagga 60 gcctcgcagg ggttgatggg attggggtcg tcccctccca tgtgctcaag actggcgcta 120 aaa 123 <210> 19 <211> 123 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 1 site at +1 position <220> <221> misc_difference <216> <223> 5-methylcytosine <400> 19 tccggcaggc ggattactcg cccttacttg tcatggcgac tgtccacgtt tgtgccagga 60 gcctcgcagg ggttgatggg attggggttt tcccctccca tgtgctcaag actggcgcta 120 aaa 123 <210> 20 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (4) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference ≪ 222 > (11) <223> C3-NH2 linker <400> 20 aatccgcctg ccgga 15 <210> 21 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (6) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (14) <223> C3-NH2 linker <400> 21 ggtcgaaaca cggtcctc 18 <210> 22 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (6) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (14) <223> C3-NH2 linker <400> 22 ctgagagcaa acgcaaaa 18 <210> 23 <211> 97 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NF-kB <220> <221> misc_difference <222> (13) <223> 5-methylcytosine <400> 23 gccaggagcc tcgcaggggt tgatgggatt ggggttttcc cctcccatgt gctcctggcg 60 ctaaaagttt tgagcttctc aaaagtctag agccacc 97 <210> 24 <211> 16 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NF-kB PNA probe <220> <221> misc_difference ≪ 222 > (13) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference <222> (7) (8) <223> C3-NH2 linker <400> 24 gtccccaact acccta 16 <210> 25 <211> 91 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AP-1 <220> <221> misc_difference <222> (18) <223> 5-methylcytosine <220> <221> misc_difference <222> (21) <223> 5-methylcytosine <400> 25 tatctacggc accaggtcgg cgagaatcct gactctgcac cctcctccct ggcgctaaaa 60 gtttggctct tctcaaaagt ctagagccac c 91 <210> 26 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AP-1 PNA probe <220> <221> misc_difference <222> (5) (6) <223> C3-NH2 linker <220> <221> misc_difference ≪ 222 > (13) <223> C3-NH2 linker <400> 26 cttaggactg agacg 15
Claims (32)
(a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계;
(b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및
(c) 메틸화된 CpG 부위의 MBD2 단백질 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(Δλmax) 분석을 통해 표적핵산 CpG 부위 메틸화 여부를 분석하는 단계.
CpG region methylation detection of a target nucleic acid comprising the following steps:
(a) a PNA probe hybridizing to the 5 'end or the 3' end of a target nucleic acid is vertically or horizontally immobilized, or a PNA probe hybridizing to a portion of the target nucleic acid is horizontally immobilized Treating the plasmonic sensor with a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex;
(b) contacting MBP2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to the complex thus formed to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid; And
(c) analyzing the light scattering spectrum according to the MBD2 protein binding of the methylated CpG site and analyzing whether the target nucleic acid CpG region is methylated through the maximum wavelength mobility (? max) analysis obtained therefrom.
2. The method of claim 1, wherein the target nucleic acid is a p53 promoter.
The method of claim 1, wherein the PNA probe or 5 "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal, characterized in that in the amine (NH 2) group is bonded to the inner PNA probe.
4. The method of claim 3 wherein the amine (NH 2) group is characterized in that coupled to the gamma position of the probe PNA backbone.
Of claim 3, wherein the 5 PNA probe if "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal is fixed perpendicular to the gold nano-star, if the internal PNA probe amine (NH 2) group to which is bonded one PNA probe And is horizontally fixed to the gold nanostructure.
(a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계;
(b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및
(c) 메틸화된 CpG 부위의 MBD2 단백질 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도 분석을 통해 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위 개수를 측정하는 단계.
A method for determining the number of methylated CpG sites of a target nucleic acid comprising the steps of:
(a) a PNA probe hybridizing to the 5 'end or the 3' end of a target nucleic acid is vertically or horizontally immobilized, or a PNA probe hybridizing to a portion of the target nucleic acid is horizontally immobilized Treating the plasmonic sensor with a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex;
(b) contacting MBP2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to the complex thus formed to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid; And
(c) measuring the light scattering spectrum due to the MBD2 protein binding of the methylated CpG site, and measuring the number of methylated CpG sites of the target nucleic acid through the maximum wavelength mobility analysis obtained therefrom.
7. The method of claim 6, wherein the target nucleic acid is a p53 promoter.
The method of claim 6, wherein said PNA probe or 5 "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal, characterized in that in the amine (NH 2) group is bonded to the inner PNA probe.
9. The method of claim 8 wherein the amine (NH 2) group is characterized in that coupled to the gamma position of the probe PNA backbone.
9. The method according to claim 8, wherein when the amine (NH 2 ) group is bonded to the 5 'end, the PNA probe is fixed to the gold nanostructure vertically. When the amine (NH 2 ) And is horizontally fixed to the gold nanostructure.
(a) 표적핵산의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 표적핵산 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 표적핵산을 포함하는 시료를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-표적핵산 복합체를 형성시키는 단계;
(b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계; 및
(c) 메틸화된 CpG 부위의 MBD2 단백질 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도(Δλmax) 분석을 통해 표적핵산의 CpG 부위 메틸화 여부를 분석하는 단계.
A method for providing information necessary for cancer diagnosis by methylation of a target nucleic acid comprising the steps of:
(a) a PNA probe hybridizing to the 5 'end or the 3' end of a target nucleic acid is vertically or horizontally immobilized, or a PNA probe hybridizing to a portion of the target nucleic acid is horizontally immobilized Treating the plasmonic sensor with a sample containing a target nucleic acid to form a gold nanostar-PNA probe-target nucleic acid complex;
(b) contacting MBP2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to the complex thus formed to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid; And
(c) analyzing the light scattering spectrum according to the MBD2 protein binding of the methylated CpG site and analyzing whether the CpG region of the target nucleic acid is methylated through analysis of the maximum wavelength mobility (DELTA lambda max) obtained therefrom.
12. The method of claim 11, wherein the target nucleic acid is a p53 promoter.
12. The method of claim 11, wherein the PNA probe or 5 "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal, characterized in that in the amine (NH 2) group is bonded to the inner PNA probe.
The method of claim 13 wherein the amine (NH 2) group is characterized in that coupled to the gamma position of the probe PNA backbone.
14. The method according to claim 13, wherein when the amine (NH 2 ) group is bonded to the 5 'end, the PNA probe is fixed to the gold nanostructure vertically. When the amine (NH 2 ) And is horizontally fixed to the gold nanostructure.
(a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계;
(b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 전사인자 결합 도메인의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도시킨 후, 전사인자를 첨가하는 단계; 및
(c) 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 프로모터 내의 전사인자 결합 도메인의 CpG 부위 메틸화 여부를 검출하는 단계.
A method for detecting CpG region methylation of a transcription factor binding domain in a promoter comprising the steps of:
(a) Plasmonic plasmids based on gold nanostars in which a PNA probe that hybridizes to the 5 'end or the 3' end portion of the promoter is fixed vertically or horizontally, or a PNA probe that hybridizes with a portion of the promoter is horizontally fixed Treating the sensor with a promoter to form a gold nanostar-PNA probe-promoter complex;
(b) contacting the formed complex with MBD2 (Methyl-CpG-binding domain protein 2) protein to induce binding to the methylated CpG site of the transcription factor binding domain, and then adding a transcription factor; And
(c) measuring the light scattering spectrum according to the binding of the transcription factor, and detecting whether the CpG region is methylated in the transcription factor binding domain in the promoter through analysis of the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained therefrom.
17. The method of claim 16, wherein the promoter is a p53 promoter.
17. The method of claim 16 wherein the PNA probe or 5 "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal, characterized in that in the amine (NH 2) group is bonded to the inner PNA probe.
The method of claim 18 wherein the amine (NH 2) group is characterized in that coupled to the gamma position of the probe PNA backbone.
19. The method of claim 18, wherein the 5 PNA probe if the "combined group amine (NH 2) at the terminal is fixed perpendicular to the gold nano-star, if the internal PNA probe amine (NH 2) group to which is bonded one PNA probe And is horizontally fixed to the gold nanostructure.
(a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계;
(b) 상기 형성된 복합체에 MBD2(Methyl-CpG-binding domain protein 2) 단백질을 접촉시켜 표적핵산의 메틸화된 CpG 부위와 결합을 유도시킨 다음, RNA 폴리머레이즈 및 전사인자를 처리하는 단계; 및
(c) RNA 폴리머레이즈 및 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 프로모터의 활성을 분석하고, 메틸화되지 않은 프로모터와 비교하여 유전자 전사활성을 분석하는 단계.
A method for measuring inhibition of transcriptional activity by CpG region methylation of a promoter comprising the steps of:
(a) Plasmonic plasmids based on gold nanostars in which a PNA probe that hybridizes to the 5 'end or the 3' end portion of the promoter is fixed vertically or horizontally, or a PNA probe that hybridizes with a portion of the promoter is horizontally fixed Treating the sensor with a promoter to form a gold nanostar-PNA probe-promoter complex;
(b) contacting the formed complex with a methylated CpG-binding domain protein 2 (MBD2) protein to induce binding to the methylated CpG site of the target nucleic acid, and then treating the RNA polymerase and the transcription factor; And
(c) assaying the activity of the promoter by measuring the light scattering spectrum due to the binding of the RNA polymerase and the transcription factor, analyzing the maximum wavelength mobility and the reaction rate constant obtained therefrom, and comparing the activity of the gene transcription Analyzing the activity.
22. The method of claim 21, wherein the promoter is a p53 promoter.
The method of claim 21, wherein the PNA probe or 5 "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal, characterized in that in the amine (NH 2) group is bonded to the inner PNA probe.
The method of claim 23 wherein the amine (NH 2) group is characterized in that coupled to the gamma position of the probe PNA backbone.
Of claim 23, wherein the 5 PNA probe if "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal is fixed perpendicular to the gold nano-star, if the internal PNA probe amine (NH 2) group to which is bonded one PNA probe And is horizontally fixed to the gold nanostructure.
22. The method of claim 21, wherein the transcription factor is selected from the group consisting of NF-KB, YY1, c-Myc and AP-I.
(a) 프로모터의 5' 말단 또는 3' 말단 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수직 또는 수평으로 고정되어 있거나, 프로모터 가운데 부분과 혼성화하는 PNA 프로브가 수평으로 고정되어 있는 금 나노스타를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 프로모터를 처리하여 금 나노스타-PNA 프로브-프로모터 복합체를 형성시키는 단계;
(b) 상기 형성된 복합체에 RNA 폴리머레이즈, MBD2 및 전사인자를 접촉시켜 프로모터의 CpG 부위와 결합을 유도하는 단계;
(c) MBD2, RNA 폴리머레이즈 및 전사인자의 결합에 따른 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동도와 반응속도 상수의 분석을 통해 전사인자 단백질의 경쟁적 상호작용을 모니터링 하는 단계.
A method for monitoring the competitive interaction of a transcription factor protein with methylation of a promoter CpG region comprising the steps of:
(a) Plasmonic plasmids based on gold nanostars in which a PNA probe that hybridizes to the 5 'end or the 3' end portion of the promoter is fixed vertically or horizontally, or a PNA probe that hybridizes with a portion of the promoter is horizontally fixed Treating the sensor with a promoter to form a gold nanostar-PNA probe-promoter complex;
(b) contacting the formed complex with RNA polymerase, MBD2 and a transcription factor to induce binding to the CpG region of the promoter;
(c) monitoring light scattering spectra resulting from binding of MBD2, RNA polymerase and transcription factors, and monitoring competitive interaction of transcription factor proteins through analysis of maximum wavelength mobility and rate constants obtained therefrom.
28. The method of claim 27, wherein the promoter is a p53 promoter.
The method of claim 27, wherein said PNA probe or 5 "is an amine (NH 2) groups are bonded at the terminal, characterized in that in the amine (NH 2) group is bonded to the inner PNA probe.
The method of claim 29 wherein the amine (NH 2) group is characterized in that coupled to the gamma position of the probe PNA backbone.
30. The method of claim 29, wherein the 5 PNA probe if the "combined group amine (NH 2) at the terminal is fixed perpendicular to the gold nano-star, if the internal PNA probe amine (NH 2) group to which is bonded one PNA probe And is horizontally fixed to the gold nanostructure.
28. The method of claim 27, wherein the transcription factor is selected from the group consisting of NF-KB, YY1, c-Myc, and AP-I.
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KR1020140036071A KR101612885B1 (en) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | Methods for Detection Methylation on Promoter and Methods for Detection and Tracking Epigenetics Alterations by DNA methylation Using Nanoplasmonic Biosensor |
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